Molekulare Chip-Uhr fast so gut wie Atomuhr

16. Juli 2018, 18:55 Uhr
Der Sender (braunes Quadrat) und die metallene Gaszelle (linksoben) der Moleküluhr. Bild: MIT
Der Sender (braunes Quadrat) und die metallene Gaszelle (linksoben) der Moleküluhr. Bild: MIT
MIT-Forscher haben eine molekulare Chip-Uhr bzw. einen genauen Taktgeber entwickelt, die auf der präzisen Rotation von Molekülen beruht. Die Moleküle werden von HF angestrahlt und bei Resonanz ist die Energieabsorption am höchsten. So ein Chip könnte die Genauigkeit der Navigation mit Smartphones etc. deutlich verbessern.

Die genauesten Zeitmesser sind bekanntlich Atomuhren. Diese Uhren basieren auf Resonanz von Caesium-Atomen. Mittlerweile lassen sie sich recht klein bauen und sind z. B. in den Satelliten für Navigation wie etwa für GPS oder GLONASS als Taktbasis eingebaut. Navigationsgeräte „triangulieren“ gewissermaßen durch Vergleich von mindestens drei Satelliten ihre Position im Raum (bzw. auf der Erdoberfläche).

Auch die kleinsten Atomuhren sind aber immer noch zu groß und mit über 1000 $ auch viel zu teuer, um sie beispielsweise in Smartphones einzubauen. Daher ist solch ein Navigationsgerät bei schlechten oder gestörten Signalen zur Korrektur auf einen eigenen Takt angewiesen, der leider im Vergleich mit Atomuhren sehr ungenau ist. Forscher des MIT Department of Electrical Engineering and Computer Science (EECS) und der Terahertz Integrated Electronics Group haben jetzt eine On-Chip-Lösung realisiert, die statt mit Atomen mit gasförmigen Molekülen bzw. deren Spin auskommt. In Experimenten hat die molekulare Uhr einen Fehler unter 1 Mikrosekunde pro Stunde erreicht, was durchaus mit Miniatur-Atomuhren vergleichbar und immerhin um den Faktor 10.000 stabiler als die Quarze in Smartphones ist. Der Chip kann zudem in CMOS-Technik hergestellt werden und benötigt nur etwa 66 mW Energie, was deutlich weniger als z. B. ein purer GPS-Chip ist. Die Rotationsfrequenz der Carbonylsulfid-Moleküle beträgt technisch nicht triviale 231,060983 GHz.

Genaueres ist in einem Beitrag in der Fachzeitschrift Nature Electronics enthalten.
 
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