基于量子国际单位制电学量的统一实现

在国际单位制（SI）修订版中，欧姆和伏特由冯·克利青常数和约瑟夫森常数实现，通过直接将欧姆定律应用于量子霍尔效应和约瑟夫森效应，可实用地实现安培。因此，制造一种能够实现所有三个基本电学单位的仪器成为可能，但此类系统的开发仍具挑战性。本文报道了一种统一实现伏特、欧姆和安培的方法，其将量子反常霍尔电阻（QAHR）与可编程约瑟夫森电压标准（PJVS）集成于单一低温恒温器中。我们的系统具有量子电压输出，范围从0.24 mV到6.5 mV，合成相对不确定度低至3 $\mu$V/V。QAHR在零磁场下以接近1 $\mu\Omega$/$\Omega$的不确定度实现欧姆。我们利用QAHR将纵向电流转换为量子化霍尔电压，然后直接与PJVS比较以实现安培。我们测定了9.33 nA至252 nA范围内的电流，在83.9 nA处最低不确定度为4.3 $\mu$A/A。对于其他电流值，由于PJVS微波偏置隔离不完善，存在从-10 $\mu$A/A到-30 $\mu$A/A的系统误差。