Målinger blir stadig viktigere i vårt moderne samfunn, og det stilles stadig høyere krav til både nøyaktighet, målehyppighet og målestørrelse. Disse kravene har ledet til at vi i 20. mai 2019 endelig fikk et SI system basert på fundamentale konstater heller enn gjenstander. Det nye systemet er mer robust enn det gamle, samt at primærnormalene nå i prinsippet er allment tilgjengelige.
Økt forbruk av elektrisk energi og utvikling av mere kompliserte instrumenter har skapt høyere krav til sporbarheten for de elektriske størrelsene. For å tilfredsstille disse kravene er det nødvendig å forbedre sporbarheten på de elektriske enhetene både i realisering og overføring av sporbarheten.
Siden Josephsoneffekten ble innført som primærnormal for likespenning i 1990 så har det blitt jobbet med metoder for også å utnytte dette fenomenet til å realisere kvantebaserte bølgeformer for vekselspenning. Blant annet har det blitt jobbet med å bruke fotodioder til å operere Josephson arrays med raske strømpulser. I dette doktorgradsstudiet har det blitt jobbet med å utvikling og bruk av unipolare og bipolare fotodiodemoduler i flytende helium. Mekanisk robusthet, optisk tilkobling, rask laserpulsering og samplingteknikker har vært viktige betraktninger i dette arbeidet. Gjennom dette prosjektet har vi klart å generere kvantenøyaktige unipolare spenningsbølgeformer via en optisk interface. For bipolare bølgeformer er vi fremdeles et stykke unna målet.
I store energikrevende innretninger som for eksempel billadere er det nødvendig med en utvidet sporbarhet på spenning. For å utvide sporbarheten opp til 1000 V må denne spenningen skaleres ned til noen få volt slik at den kan sammenlignes med realisert spenning. Dette kan gjøres ved å inkludere en spenningsdeler, og aller helst en spenningsdeler som blir lastet av en spenningsbuffer. I dette doktorgradsstudiet har det blitt jobbet med å utvikle en spenningsbuffer for bruk i spenningsområdet 0,5-5 V fra DC til 1 MHz med frekvensrespons på mindre enn 250 µV/V. Videre har det også blitt jobbet med å utvikle en 10:1 resistiv spenningsdeler for spenningsområdet 5-50 V fra DC til 100 kHz med frekvensrespons på opptil 125 µV/V.
Prosjektet har bidratt til å knytte sammen Metrologimiljøene i Norge, Finland, Storbritannia og Tyskland. Det har blitt utviklet felles instrumentering for optisk styring av Josephsonoverganger og arbeidet vil fortsette etter doktorgraden avsluttes.
Etter at Josephson effekten i 1990 ble innført som standard for likespenning (DCV) har det lenge vært ønsket å realisere vekselspenning (ACV) på en tilsvarende måte. I den anledning deltar Justervesenet i det europeiske forskningsprosjektet Q-Wave, som har for mål å utvikle et Josephson-system for ACV. Aller helst skal vi kunne realisere spenninger opp mot 1V i frekvensområdet 0Hz til 10MHz. Behovet for å utvikle en slik fullverdig realisering av ACV er å bedre kunne imøtekomme elektronikkindustriens store og økende behov for nøyaktighet på området, særlig når det gjelder konverteringer mellom analoge og digitale signaler.
Doktorgradsarbeidet vil være med på å utvikle vår kompetanse innen ACV, og vil være en del av en videreføring av Q-Wave prosjektet. Arbeidet vil bestå av to hovedbolker. Utvikling av et eget AC-Josephson (ACJ) oppsett for å realisere ACV, og utvikling av beregnbare spenningsdelere. Første bolk består i å utvikle en robust fiberoptisk styring av ACJ-brikker ved 4K, karakterisere frekvensrespons, kvantisere gevinst av optisk versus elektrisk styring av ACJ, samt demonstrere økt spenning ved seriekobling av ACJ-brikker. Andre bolk vil bestå i å utvikle spenningsdelerne med markedsledende usikkerhet.
En av hovedhensiktene med Justervesenets nasjonale laboratorium er å drive med forskning og utvikling innen målefysikk, noe som er med på å styrke tiltroen til presisjonen i norske næringer. Gjennom prosjekter slik som dette, EMPIR og Q-Wave vil vi kunne skape et mye tettere samarbeid med andre mer erfarne nasjonale laboratorier som PTB og NPL hvilket vil styrke vår organisasjon. For å videre kunne delta på EMPIR-prosjekter ser vi at våre allerede sterke kompetanser må ytterligere styrkes. Doktorgradsprosjektet vil bidra til videre oppbyggingen av Justervesenets forskningsmiljø, så vi i større grad vil kunne hevde oss i fagfelt med rask utvikling. Som følge av dette prosjektet vil vi også betydelig forbedre vår måledyktighet og tjenestetilbud.