Оборудование концерна обеспечивает высокую точность результатов исследований.
Специалистами Нижегородского научно-исследовательского приборостроительного института «Кварц» им. Горшкова, входящего в КРЭТ, был впервые создан рабочий образец квантового эталона напряжения. Разработанная технология открывает новые возможности по их использованию в фундаментальной и прикладной метрологии.
Как известно, высокая точность результатов измерений определяется наличием эталонной базы. Эталоны служат для воспроизведения единиц физических величин, а также хранения и передачи их размера. В наши дни одна из основных задач метрологии – это разработка системы эталонов с использованием квантовых физических эффектов.
Эта задача реализована, в частности в России, при создании единого эталона единиц времени, частоты и длины, а также эталонов постоянного напряжения и сопротивления. В стадии разработки в России находятся квантовые эталоны единицы переменного низкочастотного напряжения, единицы мощности на низких частотах, единицы постоянного тока, а также единицы массы.
В создании новой версии эталона напряжения принимает участие предприятие КРЭТ – Федеральный научно-производственный центр «Нижегородский научно-исследовательский приборостроительный институт «Кварц» имени А.П. Горшкова».
Эталон создается на основе известного в квантовой физике эффекта Джозефсона. Это физическое явление в 1962 году теоретически предсказал молодой английский физик Брайан Джозефсон. На сегодняшний день неизвестны другие физические эффекты, которые могли бы составить конкуренцию эффекту Джозефсона по точности воспроизведения единицы напряжения.
Подобные квантовые эффекты реализуются в тонкопленочных устройствах, называемых контактами Джозефсона. Квантованное напряжение, возникающее на одном джозефсоновском контакте под воздействием внешнего электромагнитного поля, обычно мало, и для его увеличения до метрологически значимой величины от 1 В до 10 В необходимо включение последовательно большого числа контактов. Массивы из десятков тысяч джозефсоновских контактов представляют собой сложные сверхпроводниковые микросхемы.
Открытие в 1986 году высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) позволило начать исследования по созданию подобных джозефсоновских контактов. За три десятилетия научно-исследовательских работ в этой сфере удалось решить ряд принципиальных вопросов. В частности, была разработана технология изготовления микросхем, содержащих несколько сотен джозефсоновских контактов из ВТСП, а также предложена и успешно опробована электродинамическая система, пригодная для синхронизации цепочек таких джозефсоновских контактов.
В 2013-2014 годах по заданию Федерального научно-производственного центра «Нижегородский научно-исследовательский приборостроительный институт «Кварц» имени А.П. Горшкова» учеными РАН была выполнена опытно-конструкторская работа «Разработка технологии изготовления микросхемы ВТСП и ее испытание в составе эталона напряжения».
Эта работа закончилась созданием образца джозефсоновской микросхемы на основе высокотемпературных сверхпроводников. Основные технические характеристики микросхемы: выходное напряжение 25 мВ, рабочая температура 75-77 К, рабочая частота 73-74 ГГц.
На основе этой микросхемы в институте «Кварц» был впервые создан рабочий образец меры напряжения, которая по своим параметрам удовлетворяет требованиям, предъявляемым к эталонным средствам измерения. Мера напряжения имеет выходное напряжение от 0 до 10 В, шаг изменения выходного напряжения 0,1 В и относительную нестабильность за межповерочный интервал 5×10−8.
Прибор предназначен для использования в метрологических институтах в составе эталонов вольта, в центрах стандартизации, метрологии и испытаний. Кроме того, устройство может использоваться в аналогичных организациях зарубежных стран, метрологических лабораториях предприятий, а также в научных учреждениях и метрологических службах Минобороны. Эталон может также применяться для калибровки прецизионных цифровых вольтметров и калибраторов постоянного напряжения.
Разработанная технология многоконтактных джозефсоновских систем из ВТСП открывает новые возможности по их использованию в фундаментальной и прикладной метрологии.