search query: @author Mykkänen, Emma / total: 2
results-list
reference: 1 / 2
« previous | next »
Author:Mykkänen, Emma
Title:Traceable measurement for a quantum current source
Jäljitettävä virtamittaus kvanttivirtalähteelle
Publication type:Master's thesis
Publication year:2013
Pages:5 + 42      Language:   eng
Department/School:Perustieteiden korkeakoulu
Main subject:Fysiikka   (Tfy-3)
Supervisor:Pekola, Jukka
Instructor:Kemppinen, Antti ; Maisi, Ville
Electronic version URL: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201312198152
OEVS:
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Instructions
close

Reading digital theses in the closed network of the Aalto University Harald Herlin Learning Centre

In the closed network of Learning Centre you can read digital and digitized theses not available in the open network.

The Learning Centre contact details and opening hours: https://learningcentre.aalto.fi/en/harald-herlin-learning-centre/

You can read theses on the Learning Centre customer computers, which are available on all floors.

Logging on to the customer computers

  • Aalto University staff members log on to the customer computer using the Aalto username and password.
  • Other customers log on using a shared username and password.

Opening a thesis

  • On the desktop of the customer computers, you will find an icon titled:

    Aalto Thesis Database

  • Click on the icon to search for and open the thesis you are looking for from Aaltodoc database. You can find the thesis file by clicking the link on the OEV or OEVS field.

Reading the thesis

  • You can either print the thesis or read it on the customer computer screen.
  • You cannot save the thesis file on a flash drive or email it.
  • You cannot copy text or images from the file.
  • You cannot edit the file.

Printing the thesis

  • You can print the thesis for your personal study or research use.
  • Aalto University students and staff members may print black-and-white prints on the PrintingPoint devices when using the computer with personal Aalto username and password. Color printing is possible using the printer u90203-psc3, which is located near the customer service. Color printing is subject to a charge to Aalto University students and staff members.
  • Other customers can use the printer u90203-psc3. All printing is subject to a charge to non-University members.
Location:P1 Ark Aalto  250   | Archive
Keywords:quantum current source
traceable measurement
SINIS turnstile
kvanttivirtalähde
jäljitettävä mittaus
SINIS SET
Abstract (eng): The International System of Units (SI) is planned to be changed so that it would be defined by fixing the values of certain invariants of nature.
This would, however, need a new realization of kilogram and also consistency check between quantum standards of the volt, the ohm and the ampere.
The latter is usually referred as the quantum metrological triangle experiment.
The quantum standards of the volt and the ohm have existed already for a few decades, but the standard for the ampere is yet to be realized with high enough accuracy and current.
There are many candidates for the current standard, from which we focus on the SINIS turnstile.
While we are still working to complete the quantum metrological triangle, a traceable measurement can reveal problems in the operation of the turnstile that have been neglected in previous considerations.

In this thesis, we did the traceable measurement as a current balance experiment, where the current of the SINIS turnstile is compared to that generated by calibrated equipment.
We calculated the error budget for the measurement setup.
In addition, we investigated the noise in the measurement, and optimized the length of a measurement cycle.
In conclusion, ultimately, the uncertainty of the measurement is limited by that of the reference current (22 - 32 ppm depending on the current itself).
This uncertainty can be reached in realistic averaging times for realistic currents (e.g. around or above 10 pA and a week).
A dc SET electrometer can characterize the error rates of the SINIS turnstile up to an upper limit.
If the uncertainty of the traceable measurement would be below this limit, these two measurements could together characterize the whole range of error rates of the turnstile.
We compared the theoretical upper limit of the dc SET electrometer to the total uncertainty of the traceable measurement and concluded that there is no gap between the feasibility ranges of the two methods as long as the current of the turnstile is below 100 pA.

Minimizing the known error sources of the SINIS turnstile requires high resolution electron beam lithography and impurity free metallization.
Unfortunately, we had technical problems with both of these during this thesis.
Therefore we could only test the traceable measurement with currents below 1 pA, which resulted in high uncertainty (around 500 - 1000 ppm).
However, at said uncertainty the current of the SINIS turnstile did not show deviation from the expected.
Abstract (fin): Kansainvälinen yksikköjärjestelmä (SI) on tarkoitus määritellä tulevaisuudessa kiinnittämällä seitsemän luonnonvakion arvo.
Ennen SI-yksikköjärjestelmän uudistamista on kuitenkin löydettävä luotettava tapa realisoida kilogramma luonnonvakioihin perustuen.
SI-yksikköjärjestelmän uskottavuuden kannalta olisi myös tärkeää, jos voltin, ohmin ja ampeerin kvanttimittanormaaleja pystyttäisiin vertaamaan toisiinsa tarkasti niin sanotun kvanttimetrologiakolmiokokeen avulla.
Voltin ja ohmin kvanttimittanormaalit on tunnettu jo muutaman vuosikymmenen ajan, mutta samanlaista mittanormaalia ei toistaiseksi ole pystytty toteuttamaan ampeerille siten, että se olisi samaan aikaan tarpeeksi tarkka ja tuottaisi riittävän suuren virran.
Kvanttivirtalähdettä on yritetty toteuttaa monin eri tavoin.
Tämä työ käsittelee yhtä lupaavaa lähestymistapaa: SINIS-porttia.
Sillä aikaa kun kvanttimetrologiakolmiokoetta rakennetaan, SINIS-portin toimintaan liittyviä mahdollisia virheitä pystytään tutkimaan jäljitettävän mittauksen avulla.

Tässä työssä jäljitettävä mittaus toteutettiin vertaamalla SINIS-portin virtaa MIKESin pienten virtojen kansalliseen mittanormaaliin käyttämällä pienikohinaista virtavahvistinta nollailmaisimena.
Mittauksen kokonaisepävarmuus riippui virrasta ja keskiarvoistusajasta, mutta läheni realistisilla arvoilla (esim. yli 10 pA virta ja viikon keskiarvoistusaika) referenssivirran epävarmuutta (22 - 32 miljoonasosaa).
Epävarmuuden laskemisen lisäksi työssä määritettiin mittauskierroksen optimaalinen pituus.
Lisäksi havaittiin, että 100 pA pienemmillä virroilla jäljitettävän mittauksen epävarmuuden ja virheiden laskuun käytettävän tasajännitteellä toimivan yhden elektronin transistori (SET) elektrometrin toiminnan ylärajan väliin ei jäänyt aukkoa.
Tämä tarkoittaa sitä, että periaatteessa kaikki virheet on mahdollista havaita tällä alueella.

SINIS-portin jo tunnettujen virheiden minimointi vaatii elektronisuihkulitografiakirjoitinta (EBL-kirjoitin), jonka resoluutio on korkea, ja lisäksi metallisointia, joka on vapaa epäpuhtauksista.
Valitettavasti tämän työn aikana molemmissa oli teknisiä ongelmia.
Tästä syystä jäljitettävää mittausta pystyttiin testaamaan ainoastaan hyvin pienillä, alle 1pA, virroilla, minkä takia kokonaisepävarmuus jäi suureksi (500 - 1000 miljoonasosaa (ppm)).
Tällä tasolla mittaustulokset eivät kuitenkaan poikenneet odotetusta.
ED:2013-10-08
INSSI record number: 47297
+ add basket
« previous | next »
INSSI