Ampere

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Aktuell ergibt sich die Einheit des Ampere über das amperesche Gesetz, indem der Wert der darin auftretenden magnetischen Permeabilität µ0 „erzwungen“ wird. Die zukünftige Neudefinition setzt eine definierte Elementarladung voraus und basiert auf der Möglichkeit, eine definierte Anzahl von Ladungsquanten, also insbesondere Elektronen, pro Zeiteinheit durch einen Querschnitt zu schicken. Für eine direkte Messung werden deshalb Bauelemente benötigt, die eine bestimmte Anzahl von Elektronen pro Schaltvorgang durchlassen. Die Kontrolle einzelner Quanten basiert z.Z. auf dem Prinzip des Einzelelektronen-Tunnelns (SET) in normalleitenden Schaltungen, oder auf dem Prinzip des Josephson-Tunnelns einzelner Cooper-Paare (jedes einzelne Paar als Träger der Ladung 2e) in supraleitenden Schaltungen.

Die Taktfrequenz zur Steuerung derartiger Bauelemente kann aus einer Atomuhr abgeleitet werden. Der entsprechende elektrische Strom ergibt sich dann theoretisch als Produkt aus a) der Anzahl pro Takt durchgelassener Ladunsgeinheiten, b) aus der vorgegebenen Elementarladung und c) der Schaltfrequenz. Praktisch gesehen gibt es dabei Probleme insbesondere mit der Zuverlässigkeit der „Ladungsvereinzelung“ sowie mit der durch Taktfrequenz und Höhe der Elementarladung begrenzten Stromdichte.

Außer an der systematischen Verbesserung ladungs-basierter Schaltelemente wird an der Erhöhung der Taktfrequenz, an Möglichkeiten ihrer Parallelschaltung sowie zur Stromverstärkung gearbeitet.