Koe yksielektronilähteillä osoittaa tien kohti uutta tehostandardia

Maailman yleisimmin käytetty mittausjärjestelmä, International System of Units (SI), uudistettiin vuonna 2019. Tästä lähtien yksiköt on jouduttu määrittämään suhteessa luonnonvakioihin, eli valon nopeuden kaltaisiin arvoihin, joihin ei liity epävarmuutta. Tämä on herättänyt uuden tarpeen tutkimukselle, joka kokeiden kautta yhdistää yksiköt näihin vakioihin.

Aalto-yliopiston tutkijat ovat nyt löytäneet lupaavan uuden tavan yhdistää wattin eli tehon yksikön luonnonvakioihin. He uskovat, että heidän menetelmänsä voi osoittaa tien kohti uutta tehostandardia. Kyse on siis tavasta, jolla voidaan tuottaa ennalta tunnettu määrä tehoa, ja johon muita tehon lähteitä ja ilmaisimia voidaan verrata.

Tutkijat ovat kehittäneet laitteen, joka muuntaa taajuuden tehoksi. Taajuuteen liittyy hyvin vähän epävarmuutta, joten se tarjoaa vankan perustan uudelle standardille.

"Taajuus voidaan määritellä hyvin, hyvin täsmällisesti. Jos saamme muut suureet riippuvaiseksi taajuudesta, niin meillä on erittäin tarkka standardi”, sanoo professori Jukka Pekola.

Tutkijoiden osoittama riippuvuus noudattaa tarkasti yksinkertaista lakia.

"Nämä ominaisuudet lisäävät mahdollisuuksia käyttää menetelmäämme standardina", sanoo tohtorikoulutettava Marco Marín Suárez.

Kokeessa teho tuotetaan yksielektronitransistorilla. Pekola ryhmineen on aiemmassa työssään tutkinut saman laitteen sopivuutta mahdollisena standardina ampeerille eli sähkövirran yksikölle.

Matka ehdotuksesta tosiasiallisesti hyväksyttyyn uuteen standardiin on pitkä. Aallon tutkijat toivovat, että heidän työnsä herättää seuraavaksi huomiota metrologiakeskuksissa, jotka pystyvät viemään sitä eteenpäin tarkemmilla mittauksilla.

"Tämä ensimmäinen kokeilu ei ollut vielä metrologian tasolla. Pystyimme kuitenkin osoittamaan periaatteen toimivuuden ja sen, mistä suurimmat virheet tulevat. Nähtäväksi jää, ottavatko metrologialaitokset tämän kehitettäväkseen”, Pekola summaa.

Tutkijat jatkavat nyt työtä, joka soveltuu erityisesti hyvin pienten tehojen kalibrointiin.

Kokeessa käytettiin OtaNanon kansallista tutkimusinfrastruktuuria. Professori Pekolan ryhmä on osa Kvanttiteknologian huippuyksikköä (QTF) sekä kansallista kvantti-instituuttia (InstituteQ).

Linkki tutkimusartikkeliin [Nature Nanotechnology]