Килограмм и ампер уточнят с помощью графена

Ученым необходимо точно знать все единицы измерения для определения фундаментальных констант природы. Это делает константы стабильными и универсальными и позволяет обнаруживать более тесные связи между ними.

Результаты нового исследования позволят уточнить одни из ключевых единиц измерения: килограмм (единица измерения массы) и ампер (сила электрического тока). В настоящее время эталоном килограмма является кусок платины и иридия, а ампер определяется с помощью силы, возникающей между двумя проводами.

Новый «графеновый эталон» совсем не похож на брусок металла под стеклянным колпаком

Исследователи решили определить точное значение килограмма с помощью постоянной Планка (константы квантовой теории), а ампер – в терминах заряда электрона.

Точность этого изменения зависит от точности отношения между двумя измеряемыми величинами, которое определяется квантовым эффектом Холла. Ученые провели многочисленные эксперименты по проверке квантового эффекта Холла в различных материалах, чтобы доказать, что он является по-настоящему универсальным.

До недавнего времени эффект Холла наблюдался исключительно в некоторых полупроводниковых материалах. Однако несколько лет назад ученые впервые обнаружили квантовый эффект Холла в графене, совершенно новом типе материала с другой электронной структурой.

В рамках нового исследования, ученые напрямую сравнили квантовый эффект Холла в графене, с аналогичным эффектом, наблюдаемым в «традиционном» полупроводниковом материале (арсениде галлия).

Результаты экспериментов подтвердили, что квантовый эффект Холла является универсальным явлением с неопределенностью уровня 86 частей на триллион, что позволяет с высокой точностью определить единицы килограмм и ампер.

Новые эталоны позволят решить проблему несовершенства «физических» эталонов единиц измерения. В частности масса эталонного куска платины и иридия нестабильна и меняется с течением времени, а качество национальных эталонов (в отдельных государствах) нельзя проконтролировать с необходимой точностью - ошибка составляет примерно ± 2 мкг, что критично для некоторых научных экспериментов.

Читайте на CNews
Почем бессмертие для народа
Автоматизировать бизнес-процессы кадровых агентств можно бесплатно
Операторы закинули сети в регионы