量子化霍尔电阻国家标准的研究

中国计量科学研究院在2003年建成了量子化霍尔电阻标准装置。成功研制了系统的核心器件—量子化霍尔器件。并通过对低温电流比较仪系统及运行过程的研究,发现了氦气气压波动引起的冻结磁通蠕动导致的附加噪声是限制系统不确定度的主要原因。进而提出了一种新型的气压滤波器,消除了这些干扰因素。还改进了电路动态特性,改善了前馈补偿环节,把匝数比提高了8倍,信噪比也因而提高了8倍。完成的量子化霍尔电阻标准装置的综合不确定度为2.4×10-10(k=1)。     

提高低温电流比较仪测量准确度的几方面措施

通过对低温电流比较仪系统及运行过程的研究，发现了氦气气压波动、冻结磁通引起的附加噪声以及线圈匝数增多时分布电容引起的电流跳跃是限制系统不确定度停留在10^-9量级而不能进一步提高的原因。提出了一种新型的气压滤波器滤除了附加噪声。还改进了电路动态特性，改善了前馈补偿环节，把匝数比提高了5倍。运行过程中的电流跳跃现象也被消除。采用这些措施后，信噪比提高了5倍，新建的低温电流比较仪的测量准确度提高到了10^-10量级。     

新型量子霍尔电阻样品计量应用研究

采用AsGa砷化镓系材料研制了多种结构的新型量子霍尔电阻样品,介绍了该样品的特点及应用领域。使用常温电流比较仪和低温电流比较仪,用过渡比对法对新型的量子霍尔电阻与标准量子霍尔电阻样品进行了双重测量比对验证,在实验室内测量结果的相对偏差小于4×10^-8,验证了新型的量子霍尔电阻样品和测量系统的准确度满足当前计量应用需求。     

中国计量科学研究院建成量子化霍尔电阻标准

国际计量委员会推荐，1990年1月1日起在世界范围内启用量子化霍尔电阻标准代替使用了几十年的电阻实物基准。中国计量科学研究院经过十几年的努力，在2003年建成了量子化霍尔电阻标准。课题组自主研制了能满足实际量值传递工作要求的量子化霍尔器件，并建成了高精度的低温电流比较仪，以把量子化霍尔电阻量值传递到日常检定工作中使用的十进电阻值。课题成果中有多项独创性的成就。目前所建量子化霍尔电阻标准的不确定度为10^-10量级，达到国际领先水平。     

中国计量科学研究院建成的量子化霍尔电阻标准

国际计量委员会推荐，1990年1月1日起在世界范围内启用量子化霍尔电阻标准代替使用了几十年的电阻实物基准。中国计量科学研究院经过十几年的努力，于2003年建成了量子化霍尔电阻标准。自主研制了能满足实际量值传递工作要求的量子化霍尔器件，并建成了高精度的低温电流比较仪，以把量子化霍尔电阻量值传递到日常检定工作中使用的十进位电阻。课题成果中有多项独创性的成就。目前所建量子化霍尔电阻标准的不确定度为10^-10量级，达到国际领先水平。     

中国的量子化霍尔电阻标准

1988年10月举行的国际计量委员会(CIPM)第77次会议决定,从1990年1月1日起在世界范围内启用量子化霍尔电阻标准。中国计量科学研究院从1987年起也开始了建立量子化霍尔电阻标准的研究课题,该项标准现已建成,用量子化霍尔效应复现的10kΩ和1kΩ电阻量值的不确定度为2.2×10~(-8)。     

国家质检总局批准中国计量科学研究院的量子化霍尔电阻装置为国家计量基准

近日，国家质检总局批准中国计量科学研究院的量子化零尔电阻装置为国家电阻基准。     

基于量子化霍尔电阻考核的国家电阻基准的稳定性

报告了自1990年以来通过与量子化霍尔电阻比对考核的国家直流电阻（实物）基准的长期漂移率及偏差。结果表明2001年以来,国家直流电阻（实物）副基准的漂移率为-0．0551μΩ／a,主基准的漂移率为-0．0808μΩ／a;2006年10月25日,国家直流电阻（实物）基准复现的电阻量值较量子化霍尔电阻的相对偏差为＋0．677mm,预计2007年1月1日需要修正-0．69μΩ／a。     

二十一世纪中的计量测试技术--计量是可以溯源到标准量的测量

中国计量科学研究院张钟华院士负责用量子化霍尔效应建立国家电阻标准,他带领的研究组研制的低温电流比较仪的不确定度达到10^-10量级为世界第一,在世界电学领域享有极高声誉。在中国仪器仪表学会2005学术年会上张钟华院士就“二十一世纪中的计量测试技术”做了精彩演讲,博得与会代表热烈掌声。会后就同一问题,接受了本刊记者的采访。[编者按]     

石墨烯在量子霍尔电阻中的应用

基于砷化镓的量子霍尔电阻自然基准需要在约1.5K的温度条件下运行,存在成本高和操作复杂等诸多问题。随着石墨烯材料独特电性能的发现,因其可以在约4.2K的温度复现量子霍尔效应而成为制作量子霍尔电阻的理想材料。各国专家围绕石墨烯在电学计量领域的应用开展了大量的工作,取得了可喜的进展。对当前石墨烯在量子霍尔电阻中应用的进展和存在的问题进行了总结,并对未来的发展进行了展望。     

Temperature Dependence of the Hall and Longitudinal Resistances in a Quantum Hall Resistance Standard

We present detailed measurements of the temperature dependence of the Hall and longitudinal resistances on a quantum Hall device [(GaAs(7)] which has been used as a resistance standard at NIST. We find a simple power law relationship between the change in Hall resistance and the longitudinal resistance as the temperature is varied between 1.4 K and 36 K. This power law holds over seven orders of magnitude change in the Hall resistance. We fit the temperature dependence above about 4 K to thermal activation, and extract the energy gap and the effective g-factor.     

Precision Tests of a Quantum Hall Effect Device DC Equivalent Circuit Using Double-Series and Triple-Series Connections

Precision tests verify the dc equivalent circuit used by Ricketts and Kemeny to describe a quantum Hall effect device in terms of electrical circuit elements. The tests employ the use of cryogenic current comparators and the double-series and triple-series connection techniques of Delahaye. Verification of the dc equivalent circuit in double-series and triple-series connections is a necessary step in developing the ac quantum Hall effect as an intrinsic standard of resistance.     

Excitations in Quantum Hall Ferromagnet with Strong Coulomb Interaction

The limit of the large Coulomb energy compare the cyclotron energy is considered. It is possible to relate the electron density with the analytical properties of one electron Green function and show that one electron gap exists at integer fillings of Landau level. The energy of collective excitations of plasmon type is calculated at small momenta. It is shown that the activation energy of Skyrmion-antiskyrmion pairs and the energy of spin waves is proportional to the cyclotron energy in this limit.     

Calculating the Effects of Longitudinal Resistance in Multi-Series-Connected Quantum Hall Effect Devices

Many ac quantized Hall resistance experiments have measured significant values of ac longitudinal resistances under temperature and magnetic field conditions in which the dc longitudinal resistance values were negligible. We investigate the effect of non-vanishing ac longitudinal resistances on measurements of the quantized Hall resistances by analyzing equivalent circuits of quantized Hall effect resistors. These circuits are based on ones reported previously for dc quantized Hall resistors, but use additional resistors to represent longitudinal resistances. For simplification, no capacitances or inductances are included in the circuits. The analysis is performed for many combinations of multi-series connections to quantum Hall effect devices. The exact algebraic solutions for the quantized Hall resistances under these conditions of finite ac longitudinal resistances provide corrections to the measured quantized Hall resistances, but these corrections do not account for the frequency dependences of the ac quantized Hall resistances reported in the literature.     

我国的1V及10V约瑟夫森量子电压基准装置

文章描述了我国量子电压基准的建立、发展、现状和所取得的成果,以及与国际计量局进行基准关键比对的情况。