Um comparador criogênico de corrente para o padrão quântico de resistência. - Carvalho, Hélio Ricardo. (UFRJ, 2000)
[PT] Em 1990, foi adotado como novo padrão de resistência mundial um novo sistema baseado no Efeito Hall Quântico, descoberto dez anos antes por Von Klitzing. Um dispositivo semicondutor que tem um gás de elétrons confinado em duas dimensões (2DEG), submetido a forte campo magnético e a muito baixas temperaturas apresenta uma resistência que varia em degraus com o campo magnético e que depende exclusivamente das constantes universais e e h, possibilitando realizar uma resistência com uma precisão duas ordens de grandeza melhor que os padrões clássicos baseado em fios resistivos. Para a medida e comparação precisa 0,01 ppm) do padrão quântico com outros secundários é necessário a utilização de um Comparador Criogênico de Corrente, que tem sido desenvolvido nos grandes laboratórios de metrologia e recentemente disponível comercialmente a custos muito elevados. Neste trabalho será apresentado um protótipo de Comparador Criogênico de Corrente (CCC) construído em nosso laboratório. O objetivo foi de adquirir conhecimentos sobre todo processo de construção, teste e uso deste sistema. O CCC garante que duas correntes independentes fiquem com seus valores correlacionados de forma muito precisa. Isto é obtido fazendo as correntes passarem por bobinas dentro de um tubo de material supercondutor em forma toroidal e medindo a diferença entre os fluxos gerados por estas correntes, estes fluxos dependem da intensidade das correntes e do número de espiras de cada uma delas dentro do tubo. Quando há um desbalanço de corrente nessas bobinas, o campo gerado induz uma corrente na superfície da parede do tubo por efeito Meissner.Esta corrente superficial é detectada por sua vez por um Interferômetro Quântico Supercondutor (SQUID) localizado em outra região do criostato através de um circuito supercondutor fechado (transformador de fluxo). Como o SQUID é capaz de sentir frações muito pequenas do quantum de fluxo magnético, a informação obtida nele pode corrigir uma das fontes de corrente (circuito de realimentação) de uma forma muito precisa. Como resultado deste trabalho foi obtido todo conhecimento dos processos de construção, testes e uso deste sistema. No final foram comparados dois resistores e se chegou a uma incerteza combinada de uma parte em 108 na razão das resistências.[EN] In 1990, a new system was adopted as a new international standard of resistance based on Quantum Hall Effect, which had been discovered ten years before by Von Klitzing. A semiconductor device with an electron gas confined into two dimensions (2DEG) submitted to strong magnetic field and to very low temperatures presents a resistance that varies in steps with the magnetic field and depending exclusively on the universal constants "e" and "h", making possible to accomplish a resistance with a precision two degrees of magnitude better than the classical standards based on wire resistance. The use of a Cryogenic Current Comparator (CCC) is necessary for the precise (,-, 0.01 ppm) mensure and comparison of this Quantum standard with other secondary. This Comparator has been developed in metrology laboratories and is recently commercially available at high costs. In this work it will be presented a prototype of the Cryogenic Current Comparator (CCC) produced in our laboratory. The purpose was to get knowledge about the construction process, test and use of this system. The CCC assures that two independent currents have their values correlated in a very precise way. This is obtained making the currents to pass through coils inside a tube of superconductor material in a toroidal chape and measuring the difference between the fluxes produced by these currents. These fluxes depend upon the intensity of the currents and the amount of turns of each coil inside the toroid. Whenever there is an unbalance of current in these coils, the produced field induces a current on the surface of the wall of the tube by Meissner effect. This superficial current is detected by a Superconducting Quantum Interference Device (SQUID) located in another area of the cryostat through a superconductor loop (flux transformer).As the SQUID is able to picks up very small fractions of the magnetic quantum flux, the information obtained from it can correct one of the sources of current (feedback circuit) in a precise way. As a result of this work, all knowledge about the processes of construction, test and use of this system was achieved. Finally, two resistors were compared with combined uncertainty of one part in 108 for the resistance ratio.