Aplicaciones de un patrón de tensión eléctrica basado en un dispositivo multiunión Josephson programable

Transcripción

1 Aplicaciones de un patrón de tensión eléctrica basado en un dispositivo multiunión Josephson programable Angel Méndez Jaque 1/16

2 Índice Patrones cuánticos de tensión Nuevos dispositivos Josephson programables (BJPD) Estudio de las aplicaciones de BJPD en el CEM Aplicaciones en Tensión en corriente continua Medidas de relación de resistencias Aplicaciones en Tensión en corriente alterna Conclusiones 2/16

3 Metrología a partir de constantes fundamentales Menos incertidumbres Más repetibilidad en la representación de la magnitud Eliminar la dependencia con valores mensurables Dependencia de valores fundamentales de la naturaleza En Metrología de tensión Efecto Josephson Depende de carga electrón (e), cte Planck (h), tiempo 3/16

4 El efecto Josephson El efecto Josephson es un fenómeno cuántico que ocurre al situar dos materiales superconductores separados por una fina capa de material aislante (pocos nm). Estas condiciones hacen posible el paso de pares de electrones a través del aislante por efecto túnel sin generar resistencia ni disipación de calor. Aplicando una corriente de MW a la muestra podemos obtener: V=n fh 2e =n f K J 90 Brian Josephson in /16

5 Dispositivos tradicionales de tensión Josephson Se usan como patrones cuánticos de tensión con incertidumbres de < nv/v Actualmente generan hasta 10 V de tensión (de 0,1 a 10 V) Patrón nacional de tensión con menor incertidumbre. 5/16

6 Inconvenientes de este tipo de array Josephson El número de escalón no puede modificarse de forma rápida Pueden producirse saltos aleatorios de escalón. Conveniente que todas las uniones se sitúen en un número aproximado de escalón Son buenos dispositivos para calibrar patrones de continua multímetros de alta precisión en valores superiores a 1 V No funcionan en aplicaciones que requieran de cambios rápidos de tensión No pueden generar una onda de tensión!!! 6/16

7 Dispositivos Josephson programables binarios Dispositivos en fase de investigación, proy EMRP T4.J03 - JOSY Son microchips cuyo diseño y fabricación emplea la tecnología más avanzada y permite... Selección de valores de tensión de forma rápida y fiable. Cambio de valores de tensión de forma rápida. Alta estabilidad en el valor de tensión seleccionado Alta tolerancia al ruido eléctrico del circuito. 7/16

8 El presente proyecto persigue el estudio de estos dispositivos y de sus aplicaciones en metrología eléctrica. Podemos dividir el proyecto en las siguientes fases: Adquisición y caracterización de un dispositivo programable binario Aplicaciones del dispositivos en tensión continua Aplicaciones en metrología de resistencia Aplicaciones en tensión en corriente alterna. 8/16

9 Adquisición y caracterización de un dispositivo programable binario Caracterización y ensamblaje de los componentes: Fuente de polarización Dispositivo generador de Microondas Conjunto array superconductor + criosonda + cableado Software de control Para ello ha sido necesario: Cambiar la frecuencia de microondas aplicadas Cambiar el dispositivo inicial Modificar el cableado de la criosonda para reducir efectos de transitorios de tensión. Cambiar el software de control de la fuente de polarización Trabajar con una fuente de corriente como alternativa a la fuente de polarización 9/16

10 Adquisición y caracterización de un dispositivo programable binario Finalmente se ha conseguido: Obtener valores cuantizados de tensión múltiplos de 0,154 mv hasta 1 V. Poder modificar el valor conseguido via software sin actuar sobre el sistema experimental. Invertir el valor de tensión de forma rápida y fiable. Obtener ondas de tensión de baja frecuencia. Pero A pesar de haber reajustado el array superconductor y modificado el cableado no se ha conseguido eliminar o reducir los suficiente los transitorios de tensión entre escalones. Limitaciones en la onda de tensión generada 10/16

11 Antes de los ajustes Después de los ajustes 11/16

12 Aplicaciones en tensión continua Calibración con incertidumbres del orden de 10 nv/v de multímetros y calibradores. Rangos a partir de 150 mv hasta 1 V. Calibración de la linealidad de nanovoltímetros. Comparación de con el patrón Josephson convencional ajuste de cero de los multímetros.

13 Aplicaciones en metrología de resistencia Relacion Rhall - R patrón I μa I = 50 μa V 1 V 2 10 kω xxxxxxxxxxxxxx 1, , , , , , , , , Relación (~12,906/10) Std deviation: Nanovolt uncertainty: 1, ,31E-08 2,00E-07 1, /16

14 Aplicaciones en tensión alterna La onda alterna obtenida por efecto Josephson permite controlar su amplitud y su fase, con lo que puede usarse como patrón de tensión a baja frecuencia. Se necesita conocer con exactitud el valor eficaz de la onda. Necesaria una transición entre escalones que no afecte al valor final La calidad de nuestra onda no nos lo permite 14/16

15 Se han hecho comparaciones con patrones de transferencia y con el muestreador digital del nuevo patrón de potencia sin poder llegar a resultados concluyentes debido al efecto de los transitorios. Es necesario un array que reduzca el efecto de los transitorios o un diseño de un muestreador capaz de eliminar los valores fuera del escalón. 15/16

16 Conclusiones Estudio en profundidad de los dispositivos Josephson programables, principal línea de investigación en metrología de tensión. Puesta en marcha de un método de medida de linealidad de multímetros y calibradores, disminuyendo la incertidumbre existente y el rango de medida. Puesta en marcha de un nuevo método potenciométrico de medida de resistencias de relación. Primeras medidas en tensión alterna. 16/16