Grafeen in koers bij herdefinitie van ampère | Grafeen (graphene)
Grafeen in koers bij herdefinitie van ampère

Een nieuwe gezamenlijke innovatie door het National Physical Laboratory (NPL) en de Universiteit van Cambridge kan de weg vrijmaken om de ampère opnieuw te definiëren in termen van natuurconstanten. ‘S werelds eerste grafeen – single-electron pump (SEP) – werd beschreven in een document dat verscheen in Nature Nanotechnology en geeft de snelheid aan van de elektronenstroom die nodig is om een ​​nieuwe standaard voor de elektrische stroom op basis van de lading van het elektron te creëren.

Het internationaal systeem van eenheden (SI) bestaat uit zeven basiseenheden (de meter, kilogram, seconde, Kelvin, ampère, mol en candela). Idealiter moeten deze stabiel zijn na verloop van tijd en universeel reproduceerbaar. Dit vereist definities op basis van fundamentele constanten van de natuur die hetzelfde horen te zijn, waar ze ook gemeten worden.

De huidige definitie van de ampère – de constante stroom door twee rechte, parallelle geleiders van oneindige lengte en verwaarloosbare doorsnede op 1 meter afstand van elkaar in vacuüm, die een kracht tussen deze twee geleiders veroorzaakt van 0,0000002 newton per meter lengte – is kwetsbaar voor afwijking en instabiliteit. Wat eigenlijk niet volstaat om de correctheidheid te verkrijgen aan de normen van de huidige en zeker de toekomstige elektrische metingen.

La Conférence Générale des Poids et Mesures, het bestuursorgaan dat verantwoordelijk is voor het nemen van beslissingen op het gebied van metrologie, met name met betrekking tot het SI heeft voorgesteld de ampère opnieuw te definiëren op basis van natuurconstanten, of de lading van het elektron, apart van dit nieuw onderzoek.

De voortrekker in deze race om de ampère te herdefiniëren is de single-electron pump (SEP). De SEP zorgt voor een stroom van individuele elektronen door ze te pendelen in een quantum dot – een deeltjes wachtruimte – en één voor één uit te zenden aan een welbepaalde snelheid.

Een goede SEP pompt precies één elektron per keer om nauwkeurigheid te verzekeren, en doet dat snel om een voldoende aan stroom op te wekken.

Traditionele metalen pompen, verondersteld niet langer de moeite waard te zijn om na te streven, kregen door de Britse wetenschappers nieuw leven ingeblazen door ze te vervaardigen uit ’s werelds beroemdste super-materiaal – grafeen.

De unieke halfmetalen twee-dimensionale structuur van grafeen heeft precies de juiste eigenschappen om elektronen zeer snel op en van de quantum dot te laten, een elektronenstroom opleverend dat groot genoeg is – nabij gigahertz frequentie – om een huidige standaard te creëren.

De wetenschappers in NPL en Cambridge dienen het materiaal nog te optimaliseren en meer nauwkeurige metingen uit te voeren, maar de publicatie markeert een belangrijke stap voorwaarts in de weg naar het gebruik van grafeen om de ampère te herdefiniëren.

Of de grafeengebaseerde SEP daadwerkelijk gebruikt gaat worden om de ampère te herdefiniëren is nog maar de vraag, zoals de titel sprak is het een koers, met meerdere kandidaten SEPS.

bron: phys.org


3D print schaalmodel structuur grafeen