Mini-Atomuhren für Handys und GPS-Systeme

Prototyp fertig – Präziseres Timing ermöglicht schnellere Lokalisierung

Eine Atomuhr in der Größe eines Zuckerstücks könnte die GPS- und Handytechnik revolutionieren. Dies gab Clark Nguyen, Professor an der Universität von Michigan, auf der International Solid-State Circuits Konferenz in San Francisco bekannt. In Zusammenarbeit mit der Defense Advanced Research Projects Agency und dem National Institute of Standards and Technology gelang es dem Team um Nguyen den Prototypen einer Atomuhr zu entwerfen, die ein Volumen von nur einem Kubikzentimeter hat und mit einer gewöhnlichen 75 Milliwatt-Batterie betrieben werden kann, berichtet der Branchendienst Cnet. Die Atomuhr ist so präzise, dass sie nur eine Millisekunde pro Tag und folglich nur eine ganze Sekunde alle 300 Jahre verliert.

Der entwickelte Prototyp ist die Weiterentwicklung des bereits im August 2004 von der NIST vorgestellten Teilstücks für eine Mini-Atomuhr. pte berichtete: http://www.pte.at/pte.mc?pte=040831024 Der Prototyp ist technisch annähernd so hoch entwickelt wie die NIST-F1, eine Atomuhr, die so genau läuft, dass sie nur eine Sekunde in etwa 30 Mio. Jahren verliert. Der große Vorteil der neu entwickelten Miniaturausgabe ist der, dass sie gegenüber dem F1 nicht den Platz von 3,7 Quadratmetern einnimmt und 500 Watt Energie braucht.

Kleine, energieeffiziente Atomuhren sollen in Zukunft die Leistungsfunktion einer Reihe von technischen Geräten verbessern, da die Signale, die sie aussenden, viel leichter koordiniert werden können, so die Forscher. Ein Mobiltelefon könnte auf diese Weise sowohl Signale viel schneller auffangen als auch Störsignale leichter abblocken. Die Effizienz von GPS-Systemen könnte gesteigert werden und genaue Ortsbestimmungen könnten erheblich schneller durchgeführt werden, denn ein exakteres Timing ermöglicht eine präzisere Distanzbestimmung. Darüber hinaus wird durch den geringeren Zeitaufwand, den das Signal braucht um zum Satelliten und wieder retour zu gelangen, weniger Leistung verbraucht. „Mit einer Atomuhr braucht man nur eine Sekunde“, stellt Nguyen fest.

Die Zeitanzeige der Uhr erfolgt durch eine spezielle Technik, wodurch sich die Zäsiumatome bei einer Temperatur von 80 Grad Celsius zwischen verschiedenen Energiezuständen mit der Regelmäßigkeit eines Metronoms hin und her bewegen. Zusätzlich verhindern in die Kammer eingelagerte Puffergase, dass das Zäsium beim Auftreffen an die Kammerwände Energie verliert.

Die Energieeffizienz der Atomuhr ist ein wesentlicher Faktor der neuen Entwicklung und ist zurückzuführen auf die Kleinheit der Uhr. Das Ziel der Forscher liegt nunmehr darin, den Energieverbrauch der kleinen Atomuhr noch weiter auf 30 Milliwatt zu reduzieren.