電流標準單位安培有望被重新精確定義
http://www.kadhoai.com.cn 2026-04-08 01:41:34 來源:科技日報
芬蘭與美國的一個研究小組研製出單電子晶體管(SET)它能將振蕩電壓轉換成非常精確的電流,這有望更精確重新定義電流的基本單位———安培。該項科研成果刊登在近期出版的《納米科學與技術在線資源》網站上。
安培、futejioumushidianzixuedesandajibendanwei,houliangzhefenbietongguoyuesefusendianyaheliangzihuahuoerdianzudeceliangerde,ranermuqiandeanpeiceliangjishuquehaiyanxuzheshijiushijishiyongdebanben:真空中相距1米的兩根無限長且圓截麵可忽略的平行導線內通過一恒定電流,當兩導線每米長度之間產生的力等於2×10-7牛頓時,則規定導線中通過的電流為1安培。這種宏觀測量方法,由於受到導線幾何形狀的影響而限製了測量精度。
因此,物理學家希望能通過一次產生一個電子的極為精確的電流源來重新定義安培。雖然此前研究人員曾試圖製作出這樣的SET,但(dan)沒(mei)有(you)人(ren)能(neng)成(cheng)功(gong),因(yin)為(wei)實(shi)踐(jian)證(zheng)明(ming)要(yao)檢(jian)測(ce)到(dao)如(ru)此(ci)微(wei)小(xiao)的(de)電(dian)流(liu)極(ji)為(wei)困(kun)難(nan)。最(zui)近(jin),赫(he)爾(er)辛(xin)基(ji)理(li)工(gong)大(da)學(xue)皮(pi)科(ke)拉(la)領(ling)導(dao)的(de)芬(fen)美(mei)兩(liang)國(guo)聯(lian)合(he)研(yan)究(jiu)小(xiao)組(zu)製(zhi)作(zuo)出(chu)的(de)SET解決了這一難題。該SET器件包含一個聯接2個(ge)隧(sui)道(dao)結(jie)的(de)小(xiao)導(dao)電(dian)島(dao)。電(dian)子(zi)從(cong)一(yi)個(ge)結(jie)流(liu)入(ru)導(dao)電(dian)島(dao),從(cong)另(ling)一(yi)個(ge)結(jie)流(liu)出(chu)。每(mei)個(ge)隧(sui)道(dao)結(jie)包(bao)含(han)一(yi)個(ge)非(fei)常(chang)薄(bo)的(de)絕(jue)緣(yuan)層(ceng),通(tong)過(guo)它(ta)電(dian)子(zi)能(neng)夠(gou)實(shi)現(xian)量(liang)子(zi)機(ji)械(xie)穿(chuan)隧(sui)。由(you)於(yu)隧(sui)道(dao)結(jie)是(shi)如(ru)此(ci)的(de)小(xiao),以(yi)致(zhi)於(yu)電(dian)子(zi)間(jian)的(de)排(pai)斥(chi)力(li)阻(zu)止(zhi)了(le)一(yi)次(ci)有(you)超(chao)過(guo)一(yi)個(ge)以(yi)上(shang)的(de)電(dian)子(zi)穿(chuan)隧(sui)情(qing)況(kuang)的(de)發(fa)生(sheng)。
研究人員首先將此器件降溫至0.1K以yi減jian少shao熱re噪zao聲sheng,然ran後hou在zai導dao電dian島dao和he隧sui道dao結jie間jian加jia上shang固gu定ding電dian壓ya,在zai柵zha極ji加jia上shang振zhen蕩dang電dian壓ya。藉ji由you柵zha極ji電dian壓ya的de振zhen幅fu及ji平ping均jun值zhi可ke精jing確que決jue定ding每mei一yi振zhen蕩dang周zhou期qi內nei穿chuan隧sui通tong過guo的de電dian子zi數shu。將jiang此ci數shu目mu乘cheng以yi柵zha極ji電dian壓ya的de頻pin率lv及ji電dian子zi電dian荷he量liang,就jiu是shi通tong過guo器qi件jian的de電dian流liu。由you於yu振zhen蕩dang電dian壓ya的de幅fu值zhi及ji頻pin率lv可ke精jing確que測ce量liang,電dian子zi電dian荷he量liang則ze是shi固gu定ding值zhi,於yu是shi就jiu能neng精jing確que地di計ji算suan出chu通tong過guo的de電dian流liu。皮pi科ke拉la表biao示shi,將jiang10幾個上述元件並聯可將電流大小增加到足以測量的100皮安,他相信SET可做為定義標準電流的電流源。
英(ying)國(guo)國(guo)家(jia)物(wu)理(li)實(shi)驗(yan)室(shi)羅(luo)賓(bin)森(sen)表(biao)示(shi),上(shang)述(shu)研(yan)究(jiu)成(cheng)果(guo)非(fei)常(chang)有(you)趣(qu),而(er)且(qie)如(ru)果(guo)能(neng)找(zhao)到(dao)可(ke)靠(kao)方(fang)法(fa)將(jiang)該(gai)器(qi)件(jian)並(bing)聯(lian)起(qi)來(lai),並(bing)在(zai)每(mei)周(zhou)期(qi)內(nei)驅(qu)動(dong)不(bu)隻(zhi)一(yi)個(ge)電(dian)子(zi),它(ta)可(ke)能(neng)會(hui)有(you)更(geng)加(jia)重(zhong)大(da)的(de)影(ying)響(xiang)。