Científicos financiados con fondos europeos han logrado redefinir el amperio en términos de constantes fundamentales de la física. Basado en la carga de electrones, Se ha informado que el dispositivo microscópico recientemente desarrollado es la técnica más precisa para realizar mediciones de corrientes diminutas hasta la fecha.

Durante las últimas décadas, la necesidad de mediciones cada vez más fiables y de alta precisión ha determinado un cambio hacia estándares basados ​​en cantidades fundamentales de la naturaleza.

Dentro del proyecto SINHOPSI, financiado con fondos europeos, investigadores de la Universidad de Cambridge, el Laboratorio Nacional de Física y Hitachi Ltd se han unido para crear una nueva tecnología cuántica fundamental para crear un nuevo estándar para la corriente eléctrica basada en cargas de electrones. Las demostraciones experimentales avanzaron en el estado del arte tanto de la generación precisa de corriente eléctrica como de la detección remota de carga única.

"Los sistemas cuánticos son reconocidos como las herramientas metrológicas más estables y confiables, ya que pueden estar fuertemente entrelazados con constantes fundamentales a través de su descripción matemática, "señala el Dr. Alessandro Rossi.

Alejarse de los artefactos físicos

El sistema internacional de unidades (SI) define siete cantidades que se consideran los componentes básicos de la física. Este sistema está evolucionando y cambiando a medida que surgen nuevos conocimientos y necesidades de medición. "Actualmente estamos en medio de una revolución en la ciencia de la metrología, donde las siete unidades base - el medidor, kilogramo, segundo, Kelvin, amperio, mole y candela - en última instancia, se anclará a constantes invariables de la naturaleza, "dice el Dr. Rossi." Estas definiciones deben ser estables en el tiempo, universalmente reproducible y no basado en objetos que cambian de forma, pierden integridad o cambian características con el tiempo ".

La mayoría de las unidades base del SI tienen ahora una definición física clara, al igual que el metro que se define por la distancia que recorre la luz en un tiempo determinado. Sin embargo, la definición del amperio tiende a la inestabilidad. En este momento, un amperio se define como la corriente constante que fluye en dos estrechos, Conductores paralelos infinitamente largos colocados a un metro de distancia en el vacío que producen una fuerza igual a 2 × 10–7 Newtons entre ellos por metro de longitud. "Esta formulación del siglo XIX es, sin embargo, incómodo, inexacto e imposible de implementar en un experimento real sin hacer aproximaciones comprometedoras, "señala el Dr. Rossi.

Nuevo dispositivo similar a un transistor

Para redefinir el amperio, Los científicos ahora han recurrido a un nuevo enfoque basado en la fabricación de dispositivos electrónicos cuánticos de tamaño nanométrico y su funcionamiento a temperaturas cercanas al cero absoluto. Estos dispositivos se denominan bombas de un solo electrón (SEP), ya que emiten con precisión un electrón a la vez y prometen una mayor precisión y estabilidad para la generación de corriente eléctrica que cualquier otro dispositivo.

El tipo más confiable de estos dispositivos hace uso de puntos cuánticos definidos electrostáticamente, que son pequeñas regiones de un material semiconductor donde los electrones individuales pueden ser atrapados y liberados a voluntad. Para fabricar el SEP, Los científicos de SINHOPSI utilizaron nanotransistores de silicio que tienen una ventaja de vanguardia sobre las tecnologías de la competencia. "La novedad de estos dispositivos se basa en la capacidad de ajustar cuidadosamente el tamaño del punto cuántico, lo que da como resultado una mejora notable en términos de precisión de la corriente eléctrica, "explica el Dr. Rossi.

SINHOPSI ha desarrollado y probado los SEP más precisos basados ​​en nanoelectrónica de silicio hasta la fecha. En particular, Los científicos han informado que estos dispositivos recientemente desarrollados son tres veces más precisos que los que establecieron el récord mundial anterior, mientras mantienen la precisión a un nivel de tres partes por millón. "Si consideramos lo que esto significa a nivel de electrones individuales, podemos decir que cada segundo, logramos atrapar y transferir mil millones de electrones con un error de 270 electrones o menos. Ningún otro sistema electrónico es tan preciso, "señala el Dr. Rossi.

Conteo de aerosoles

Además de las implicaciones de gran alcance derivadas de la redefinición de la unidad de amperios, La nueva bomba podría resultar útil en varias áreas, incluida la determinación de los niveles de radiactividad en cámaras de ionización y el recuento de partículas de aerosol en el aire. En ambos casos, Las fuentes de corriente de referencia estable desarrolladas recientemente en SINHOPSI pueden mejorar significativamente la precisión y disponibilidad de la capacidad de calibración de corriente pequeña.