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J-GLOBAL ID：201902240052941035   整理番号：19A1301630

国際単位系(SI)と計量標準・基本単位の定義改定と先端科学-4 電気標準とSI改定による影響

著者 (2件)： 丸山道隆 (産業技術総合研) ,  大江武彦 (産業技術総合研)
資料名： 電気学会誌  (電気学会雑誌)
巻： 139  号： 6  ページ： 356-359  発行年： 2019年06月01日 
JST資料番号： F0011A  ISSN： 1340-5551  CODEN： DGZAAW  資料種別： 逐次刊行物 (A)
記事区分： 解説  発行国： 日本 (JPN)  言語： 日本語 (JA)

抄録/ポイント： ・直流電圧標準と直流抵抗標準は,それぞれジョセフソン効果と量子ホール効果という量子力学的現象に基づいた普遍性の高い「量子標準」で実現されているが,その原理と実現方法を解説。
・直流電圧標準の原理は,二つの超電導体電極間に薄い常電導体(バリア層)を挟んだサンドイッチ構造(ジョセフソン接合)に電流を流すと,トンネル効果により二つの電極間に超電導電流が流れるジョセフソン効果がみられるが,さらに,このジョセフソン接合にマイクロ波を照射すると,超電導電流とマイクロ波との共振現象により,電流-電圧特性上に定電圧ステップ(シャピロステップ)が生じ,この時得られる定電圧の大きさは,V=nf(h/2e)=nf/K_J(n:ステップ次数や素子数で決まる整数,f:照射マイクロ波周波数,h:プランク定数,e:電気素量,K_J(=2e/h):ジョセフソン定数)。この式は,マイクロ波周波数fを正確に決めることで,基礎物理定数と整数のみで直流電圧の値が決定可能。
・直流抵抗標準の原理は,量子ホール効果を用いて実現する。二次元電子系と呼ばれる薄い電子層に垂直に磁界を印加すると,電流Iの向きと直交方向に生じるホール電圧V_Hとホール抵抗R_Hが磁界に対してステップ状に量子化され,この量子化抵抗値R_Hは,R_H=h/ie²=R_K/iと表され,量子化程度の良さやプラトーの広さからi=2のプラトーが用いられ,その量子化抵抗値は約12.9kΩとなる。また,電流Iの向きと同方向の縦電圧V_XXおよび縦抵抗R_XXは,ホール抵抗が量子化される量子ホール状態では零となり,この縦抵抗の値から抵抗標準の性能を評価。

シソーラス用語： 単位 ,  標準 ,  *定義 ,  *Josephson効果 ,  *量子Hall効果 ,  *直流電圧 ,  *電気抵抗率 ,  Josephson接合 ,  トンネル効果 ,  Shapiroステップ ,  マイクロ波照射 ,  電流電圧特性 ,  物理定数
準シソーラス用語： 基本単位 ,  *計量標準 ,  *国際単位系 ,  *直流抵抗率 ,  電圧標準

分類 (1件)： 単位,標準,標準器,定数  (AD03000E)

タイトルに関連する用語 (8件)： 単位系 ,  Si ,  計量標準 ,  基本単位 ,  定義 ,  改定 ,  先端科学 ,  標準