Den Helmholtz-Preis 2018 in der Kategorie Anwendung erhält ein Forscherteam der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt: Dr. Dietmar Drung, Dr. Martin Götz, Eckart Pesel und Dr. Hansjörg Scherer. Ihnen ist es an der Schnittstelle zwischen Forschung und praktischer Anwendung gelungen, sowohl Methoden als auch Geräte zu entwickeln, die bahnbrechende Verbesserungen im Bereich der rückgeführten hochgenauen Messung und Erzeugung kleiner elektrischer Stromstärken mit sich bringen.
Konkret handelt es sich um die Entwicklung eines neuartigen Stromverstärkers, des Ultrastable Low-Noise Current Amplifiers, kurz ULCA, und des dazugehörigen Stromkomparators, der die rückgeführte hochgenaue Kalibrierung des ULCA ermöglicht. Die Eigenschaften des ULCA gelten als regelrecht revolutionär: Obwohl klein und transportabel, lassen sich mit ihm Ströme mit überragender Messgenauigkeit erfassen (relative Unsicherheit 10-7 für einen Strom der Stärke 100 pA). Gleichzeitig lässt er sich als Referenzstromquelle für kleine elektrische Ströme in den nationalen Metrologieinstituten – also auf höchstem messtechnischen Niveau – einsetzen.
Die neuen Verfahren und Geräte verbessern und erweitern Kalibrier- und Messmöglichkeiten beispielsweise in der Halbleiterindustrie, der Umweltmesstechnik, bei der DNA-Sequenzierung oder der Quantenkommunikation. In der aktuellen Forschung werden sie an Einzelelektronenschaltungen für die zukünftige quantenbasierte Realisierung der Stromstärkeeinheit Ampere eingesetzt. Lizensiert durch die PTB, wird der ULCA bereits von einem deutschen Kleinunternehmen hergestellt. Bisherige Kunden sind nationale Metrologieinstitute in den USA, Asien und Europa sowie deutsche Kalibrierlaboratorien.