Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Das „neue“ Kilogramm kommt näher

27.01.2011
Avogadro-Konstante mit angereichertem Silicium-28 bestimmt

Ein Meilenstein im internationalen Avogadro-Projekt, das von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) koordiniert wird: Mithilfe eines Einkristalls aus hochangereichertem 28Si ist jetzt die Avogadro-Konstante mit einer relativen Gesamtmessunsicherheit von 3 • 10–8 so genau wie nie zuvor gemessen worden. Im Rahmen der Kilogramm-Neudefinition ermöglicht der Wert NA = 6,02214078(18) • 1023 mol–1 die zurzeit genaueste Realisierung dieser Einheit.


In der hochreinen Silicium-Kugel des Avogadro-Experiments spiegelt sich eine Kopie des internationalen Kilogramm-Prototyps, die letzte Verkörperung einer Einheit über einen physischen Körper. Die neue Kugel dagegen steht für die Definition auf der Grundlage von atomaren Eigenschaften bzw. Naturkonstanten.
(Foto: PTB)

Die Ergebnisse sind in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.

Die heiße Phase des von der PTB koordinierten, langjährigen Avogadro-Projekts begann 2003: In dem Jahr begannen mehrere nationale Metrologieinstitute zusammen mit dem Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) in Kooperation mit russischen Forschungsinstituten mit dem ehrgeizigen Vorhaben, etwa 5 kg hochangereichertes 28Si (99,99 %) als Einkristall herstellen zu lassen, die Avogadro-Konstante damit zu messen und bis zum Jahr 2010 eine Messunsicherheit von ca. 2 • 10–8 zu erreichen. Inzwischen sind erste Messungen an den zwei in Australien polierten 1 kg-Kugeln aus 28Si abgeschlossen und ihre Dichte, Gitterparameter und Oberflächenbeschaffenheit bestimmt worden.

Die Einzelschritte: Nach einer umfangreichen Prüfung der Kristallperfektion wurde der Einfluss der Kristallbaufehler abgeschätzt. Dann wurde am italienischen Metrologieinstitut (INRIM) mittels eines Röntgeninterferometers der Gitterparameter bestimmt und durch Vergleichsmessungen mit einem natürlichen Si-Kristall am amerikanischen NIST bestätigt. Die Massen der beiden Siliciumkugeln wurden am BIPM, am NMIJ (Japan) und in der PTB im Vakuum an die internationalen Massenormale angeschlossen. Das Kugelvolumen wurde optisch mit Interferometern unterschiedlicher Strahlgeometrien in den entsprechenden Arbeitsgruppen von NMIJ, NMI-A (Australien) und PTB mit exzellenter Übereinstimmung gemessen. Die Oberflächenschicht (im Wesentlichen bestehend aus Siliciumdioxid) wurde mit Elektronenen-, Röntgen- und Synchrotronstrahlung nach unterschiedlichen Verfahren spektroskopiert, analysiert und bei der Bestimmung der Siliciumdichte berücksichtigt. Die beim Polierprozess entstandene unerwartet hohe metallische Kontamination der Kugeloberflächen mit Kupfer- und Nickelsiliciden wurde gemessen und ihr Einfluss auf die Ergebnisse von Kugelvolumen und -masse abgeschätzt, was zu einer höheren Messunsicherheit führte.

Ausschlaggebend für den erzielten Erfolg, eine relative Gesamtmessunsicherheit von 3 • 10–8, war die Entwicklung einer neuen massenspektrometrischen Methode zur Bestimmung der molaren Masse in der PTB.

Das Ergebnis ist ein Meilenstein auf dem Weg zu einer erfolgreichen Darstellung der neuen Kilogrammdefinition auf der Basis einer in ihrem Wert festgelegten Fundamentalkonstanten. Zurzeit ist aber die Übereinstimmung dieses Wertes mit anderen Darstellungen des Kilogramm nicht gut genug, um die bestehende Definition der Masseeinheit zu ändern. Der gegenwärtige Status des Avogadro-Projekts ist aber so vielversprechend, dass auf der Basis neuer Messungen mit verbesserten Kugelinterferometern an kontaminationsfreien Kugeln in naher Zukunft die vom Beratenden Komitee für die Masse (CCM) verlangte Messunsicherheit von 2 • 10–8 erreicht und voraussichtlich sogar unterschritten wird.

ptb/es

Ansprechpartner:
Dr. Peter Becker, PTB-Projekt 4.34 Avogadro-Konstante,
Telefon: (0531) 592-4300, E-Mail: peter.becker@ptb.de
Dr. Horst Bettin, PTB-Projekt 4.34 Avogadro-Konstante,
Telefon: (0531) 592-3330, E-Mail: horst.bettin@ptb.de
Wissenschaftliche Veröffentlichung
Andreas, B.; Azuma, Y.; Bartl, G.; Becker, P.; Bettin, H.; Borys, M.; Busch, I.; Gray, M. et al. (2011), “An accurate determination of the Avogadro constant by counting the atoms in a 28Si crystal”, Phys. Rev. Lett. 106 (3): 030801 (4 pages), doi:10.1103/PhysRevLett.106.030801.

Erika Schow | idw
Weitere Informationen:
http://www.ptb.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Atome rennen sehen - Phasenübergang live beobachtet
30.03.2017 | Universität Duisburg-Essen

nachricht Flipper auf atomarem Niveau
30.03.2017 | Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Atome rennen sehen - Phasenübergang live beobachtet

Ein Wimpernschlag ist unendlich lang dagegen – innerhalb von 350 Billiardsteln einer Sekunde arrangieren sich die Atome neu. Das renommierte Fachmagazin Nature berichtet in seiner aktuellen Ausgabe*: Wissenschaftler vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben die Bewegungen eines eindimensionalen Materials erstmals live verfolgen können. Dazu arbeiteten sie mit Kollegen der Universität Paderborn zusammen. Die Forscher fanden heraus, dass die Beschleunigung der Atome jeden Porsche stehenlässt.

Egal wie klein sie sind, die uns im Alltag umgebenden Dinge sind dreidimensional: Salzkristalle, Pollen, Staub. Selbst Alufolie hat eine gewisse Dicke. Das...

Im Focus: Kleinstmagnete für zukünftige Datenspeicher

Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Chemikern der ETH Zürich hat eine neue Methode entwickelt, um eine Oberfläche mit einzelnen magnetisierbaren Atomen zu bestücken. Interessant ist dies insbesondere für die Entwicklung neuartiger winziger Datenträger.

Die Idee ist faszinierend: Auf kleinstem Platz könnten riesige Datenmengen gespeichert werden, wenn man für eine Informationseinheit (in der binären...

Im Focus: Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet

Wie kann man Quanteninformation zuverlässig übertragen, wenn man in der Verbindungsleitung mit störendem Rauschen zu kämpfen hat? Uni Innsbruck und TU Wien präsentieren neue Lösungen.

Wir kommunizieren heute mit Hilfe von Funksignalen, wir schicken elektrische Impulse durch lange Leitungen – doch das könnte sich bald ändern. Derzeit wird...

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Nierentransplantationen: Weisse Blutzellen kontrollieren Virusvermehrung

30.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Zuckerrübenschnitzel: der neue Rohstoff für Werkstoffe?

30.03.2017 | Materialwissenschaften

Integrating Light – Your Partner LZH: Das LZH auf der Hannover Messe 2017

30.03.2017 | HANNOVER MESSE