显著减少校准可追溯链

美国国家物理实验室研究主任Jan-Theodoor (JT) Janssen博士向AZoM介绍了一种基于石墨烯的新的量子电阻标准，该标准将大幅降低传输不确定性，允许客户更定期地校准其标准，从而减少漂移效应。它还减少了客户的停机时间，因此可以显著提高生产率。

你目前的研究领域是什么?

我的专业领域是固态量子物理。近年来，我研究了石墨烯中的量子霍尔效应，它可以作为电阻的主要标准。我也做了很多关于单电子泵的工作，它可以作为电流的主要标准。然而，从今年1月起，我被任命为NPL的研究总监，不幸的是，我很少在实验室工作。

您能告诉我们您与牛津仪器纳米科学公司的合作情况吗?亚博老虎机网登录

我与OI的合作由来已久。在低温和高磁场研究领域工作，你自然会遇到很多OI。我们有很多设备是由他们提供的，我们非常了解这些人。当我们开发基于石墨烯的新量子电阻标准的想法时，我们开始与OI讨论，并构思了联合项目。app亚博体育

如何实现校准可追溯性链的大幅减少？

目前，我们的电阻校准服务的用户必须每年给我们带来一个标准电阻器。我们根据基于GaAs异质结构中量子霍尔效应的主要标准对其进行测量，并将电阻器发送回客户。标准电阻器的传输增加了一些不确定性，以及这些电阻器的值随时间漂移的事实。因此，客户需要对其工作使用显著减少的不确定性（多达一个数量级）。使用我们基于石墨烯的量子霍尔系统，您可以使用更简单的低温恒温器，该恒温器不含制冷剂且操作简单。这种系统不需要NPL的先进设施，可以在客户的校准实验室中运行。这消除了运输不确定性，意味着客户可以根据自己的喜好校准其标准，从而减少漂移效应。最后一个好处是，客户的停机时间很短，因此生产率可以大大提高。

你面临的主要挑战是什么?

在电噪声和振动方面，无低温恒温器的噪音更大。当你想要测量一个电阻到10^9(十亿分之一)的部分时，这就变成了一个相当大的挑战。我们在消除所有噪声源方面做了大量工作。

基于石墨烯的独特特性，您打算如何开发一个简单的交钥匙校准系统?

石墨烯是一种非常特殊的材料，它的很多特性都是独一无二的。这是一个二维晶体，表现出一种美丽的量子霍尔效应，就像在传统半导体器件(如砷化镓和硅)中观察到的那样。石墨烯中量子霍尔效应的美妙之处在于其量子化非常强。这意味着你不需要这么低的温度(几开尔文)，也不需要非常高的磁场(几特斯拉)。这使得这项技术更加简单，可以在一个简单的无低温桌面系统中实现。

这将如何融入到高端电子仪器仪表行业中，将会带来什么好处?

这些系统的第一个市场是世界各地的其他计量实验室。目前，使用量子霍尔系统的国家计量实验室数量有限。这是因为传统的量子霍尔系统复杂且昂贵，需要训练有素的人员操作（它们使用高磁场和超低温>10T和<1K）。下一个市场将是世界各地的高端校准实验室。其中一些实验室已经使用初级约瑟夫森系统校准电压标准。这些校准实验室有足够的经验来操作量子霍尔系统。

技术对现有技术的市场价值和影响是什么?

这是一个很难回答的问题。与每年向NPL发送几个电阻器进行校准相比，初级量子霍尔系统的原始支出非常可观。然而，能够将电阻器校准到更高的精度将为校准实验室带来巨大的好处，因为这将为它们提供竞争优势，并将通过更多创新产品提供支持。

要成功采用这项技术，你需要克服哪些挑战?

我们对石墨烯量子霍尔器件的可靠性了解还不够。到目前为止，它看起来不错，但与半导体相比，它仍然是一项相对年轻的技术。设备技术也在不断改进，因此需要在这方面做更多的工作。

阻止采用该技术的主要风险是什么？

这与上面提到的观点有关。如果我们不能保证石墨烯器件能在几十年内正常工作，客户可能会对此感到紧张，并坚持现有的方法。

你认为这项技术还能带来什么好处?

由于运行成本低、操作简单，越来越多的人希望使用无低温系统。我们为石墨烯量子霍尔系统开发的解决方案可以应用到更多需要低噪声环境的实验中。我想到了各种各样的量子技术。

在接下来的几年里，这个项目的下一步是什么?

下一步是将低温电流比较器集成到相同的无低温石墨烯量子霍尔系统中。CCC是用来测量量子霍尔电阻的器件，具有极高的精度。它的操作使用SQUIDS(超导量子干涉设备)，这同样需要在低温下操作。

牛津仪器纳米科学给这个项目带来了什么专业知识?亚博老虎机网登录

OI在设计磁体和冷冻器方面有丰富的经验。他们为这个项目带来了很多创新的想法，我相信我们现在有了一个非常独特的测量系统。这个项目做起来很有趣，

关于Jan-Theodoor Janssen博士

当前利益

Jan-Theodoor (JT) Janssen博士的研究兴趣集中在低温固态物理，特别是在计量学中的量子电效应。在这方面，JT研究了纳米级半导体器件中的单电子输运、量子霍尔效应和约瑟夫森效应。JT还在石墨烯和其他二维材料等低维体系的性能方面进行了广泛的研究。亚博网站下载

JT是特许物理学家，也是国家物理实验室（NPL）、物理研究所（英国）和工程技术研究所的研究员。

传记

JT出生于荷兰，就读于奈梅亨天主教大学(现称内梅亨大学)。他主修实验固体物理学，于1989年获得硕士学位。随后，他在奈梅亨大学的强磁场实验室开始了他的博士学位，研究电子纳米结构。他的博士论文是关于低维半导体结构和有机导体的远红外磁光特性。

1994年，在欧盟(EU)人力资本流动奖学金(Human Capital Mobility Fellowship)的支持下，JT移居英国。他曾在布里斯托尔大学担任研究员，利用德哈斯-范-阿尔芬效应研究重费米金属和超导体的费米表面性质。他获得了Leverhulme奖学金，继续这项工作两年。

JT于1998年加入国家物理实验室(NPL)，在那里他负责量子电标准的研究。2006年，他被提升为国家物理实验室研究员。

在NPL，他的研究涉及应用于电气计量的固态物理的广泛主题。关键主题是：纳米结构器件中电子的行为和传输，旨在开发电流的量子标准；传统半导体系统和石墨烯中的量子霍尔效应是电阻的主要标准；量子电压标准的约瑟夫森效应。他与人合著了100多篇关于这些主题的科学出版物。

2015年，JT成立并领导了国家石墨烯计量中心(NGMC)，该中心的职责是为新生的石墨烯行业发展计量和标准化。JT还是量子计量研究所(QMI)的科学联合主任，该研究所涵盖了国家物理实验室的所有前沿量子科学和计量研究，并为学术界和业界提供测试、验证和最终商业化新的量子研究和技术所需的专业知识和设备。亚博老虎机网登录2015年12月，JT被任命为国家物理实验室SI计量部门的科学主管。亚博老虎机网登录在这个职位上，他领导了国家物理实验室科学投资组合的战略再平衡。亚博老虎机网登录

2008年至2016年，担任欧洲国家计量学会(EURAMET)电磁学技术委员会(TC-EM) NPL联络人，2010年至2016年欧洲国家计量学会(EURAMET) DC量子计量专家组召集人，多个国际工作组成员。

2017年，JT被任命为我们新的国家物理实验室研究总监。