Characterization and metrological investigation of an R-pump with driving frequencies up to 100 MHz

Abstract

The stability of an electron pump composed of three junctions and on-chip chromium resistors at the ends is investigated as a function of applied frequencies on the gate electrodes. For the first time current steps have been obtained with frequencies f SET as high as 100 MHz. Moreover in the complete studied frequency range we show that the nature (white) and the level of the noise are independent of pumping speed within the noise floor. By generating a single-electron current close to 16.02 pA and measuring over 7 h, a relative type A uncertainty has been found of 3.9 parts in 10 6 . Although the experimental set-up described in this paper does not allow one to measure accurately an absolute value of the current, an alternative set-up including an external current source is proposed for investigating the eventual deviation of the current from the quantization level, e • f SET . As a matter of fact this set-up proves to be similar to the quantum metrological triangle experiment (QMT). We have demonstrated that the electron R-pump is a plausible candidate for closing the QMT experiment with a type A uncertainty level of 10 −6 .

TRIMET : fermeture du triangle métrologique quantique à un niveau d'incertitude relative de 10–6

“…3c). Le fonctionnement d'une pompe ainsi que les principaux résultats obtenus sur ces dispositifs sont reportés dans les articles [9,10,32,33]. Le courant maximum atteint avec de tels dispositifs est d'environ 16 pA ( f SET = 100 MHz).…”

“…Les résultats sont rassemblés dans l'article [32]. La figure 5 montre des « marches de courant » dans le domaine de fréquences f SET de 10 MHz à 100 MHz.…”

“…Au-delà, le plateau disparaît et l'on perd la quantification. Les « marches » négatives ont été obtenues en modifiant le déphasage entre les deux tensions de grilles [32]. La largeur des plateaux mesure la qualité de l'étalon de courant.…”

“…Cette méthode de mesure a été détaillée dans une publication précédente qui faisait état des résultats à miparcours obtenus dans le cadre de TRIMET [32]. Des ré-sultats préliminaires avaient montré que le bruit généré par la pompe et par l'ensemble du montage était compris entre 10 fA/Hz 1/2 et 15 fA/Hz 1/2 pour des fréquences f SET comprises entre 10 MHz et 100 MHz.…”

“…Les deux courbes d'Allan reportées en figure 9 té-moignent de la stabilité de la pompe sur près de 20 h pour deux fréquences de pompages ( f SET = 10 MHz et 50 MHz). L'incertitude sur la mesure du courant est de 10 −3 pA à 10 s ; ce qui signifie une réduction d'incertitude d'un facteur 3 à 4 par rapport aux mesures précé-dentes [32]. En prenant en compte l'ensemble des données, l'incertitude de type A est de 1,9 × 10 −6 en valeur relative (14 aA, Fig.…”