Prior-Queensgate为英国国家物理实验室(NPL)的AFM系统提供分辨率达十几皮米的精密运动平台,帮助NPL重新定义国际单位制中的距离单位:米。

2019年对国际标准单位的重新定义意味着所有国际单位制都是基于精确、不变和普遍的自然基本常数。开尔文、安培、摩尔和千克的新定义现在已经生效。


之前定义质量单位“千克”的是实物标准器——“千克”原器,后来发现其他国家的“千克”原器与国际“千克”原器质量发生了约0.05毫克的变化,从而决定用自然界中的基本物理常数来定义;新定义的长度单位“米”也不再用传统米尺定义,而用光在真空中(1/299792458)秒的时间间隔内所经路程长度来定义。

“新定义的国际计量单位更精准、更稳定。”

“对老百姓的日常生活没有影响,将为科研插上翅膀。”

比如,时间单位“秒”的定义标准用“原子秒”替代“天文秒”后,时间频率测量精度跃升了1000万倍以上,高精度的时间频率可广泛应用于卫星导航、通信、电力、交通、金融等行业。

也许不太为人所知的是实现米的变化。尽管早在1983年,米就已经被光速定义了。从那时起,计量学家就使用光学干涉仪来实现米的测量,并进行长度测量和校准——对大多数测量来说,这种技术是极其精确的。然而,在纳米尺度上,由于可见光光波长是380nm~750nm的范围,计量学家必须细分光的波长来进行更精准的计量,这使得这项技术很不容易操作并容易出错。


“我们需要一种自下而上的方法,在原子尺度上”

NPL英国国家实验室的首席研究科学家、长度咨询委员会(监督国际单位制的十个咨询委员会之一)纳米计量工作组主席安德鲁·亚科特解释道。

为了解决这个问题,Yacoot和其他计量实验室的同事使用了一种直接测量阿伏伽德罗常数的方法,在这种方法中,硅的晶格间距是用X射线干涉法的技术非常精确地测量的。他说:“我们能够将这项技术与已知的硅晶格间距值结合起来,来表征和测量光学干涉仪或其他位移传感器中的误差,以此作为在纳米尺度上进行可追踪长度测量的技术。”

Queensgate的任务是为Yacoot的X射线干涉测量工作设计一个定制的纳米定位台和数字控制器。他解释说:“这项技术规范很有挑战性,因为我想要一个长距离的测量(几百微米)加上皮米计的分辨率,而载物台的有效载荷要求几乎是1公斤。”  

Queensgate——英国著名科学精密电动移动的品牌PRIOR 旗下一个先进科研方案的子品牌——为客户提供最大的精度和准确度,并为他们面临的纳米定位挑战提供高速解决方案。客户的应用范围从为希捷(Seagate)等公司进行硬盘测试到与国家物理实验室(NPL)等国家测量机构合作实现。

同时为了降低整个系统的噪音干扰,Queensgate使用了一个数字接口来应用命令。这也允许更高的定时精度,因为现场可编程门阵列(FPGA)可以进行所有的数据处理,包括命令控制器。Queensgate首席电子工程师说:“我们提供了一个开箱即用的系统,NPL可以控制和分辨10-20皮米,比硅晶体中原子平面之间的间距小10倍。”。

英国国家物理实验室NPL和Queensgate对测量科学的前沿领域的更高精度有着不懈的热情,  正是基于这种能力和热情,Queensgate为NPL的一些原子力显微镜(AFM)也提供了高精度的纳米定位台,包括NPL极其精确的计量校准AFM。

计量AFM是NPL最重要的工作之一。作为英国国家计量研究所,NPL有责任在英国“实现”国际计量标准(国际单位制)。NPL使用此AFM校准传输标准,然后传递给其他AFM用户,以便他们校准AFM。


Queensgate纳米定位平台,为我们的客户及其挑战提供多种定制解决方案。


Prior Scientific在精密定位设备、光学系统、自动化解决方案和组件的设计和制造方面处于全球领先地位。许多世界领先的科学仪器公司和研究机构都得益于Prior 100多年的经验和卓越的工程技术。

PRIOR 的电动移动平台,辅助电动聚焦系统,以及激光自动对焦系统配合我们的显微镜,同时利用软件控制,能极大的改善显微镜的操作体验,及工作效率,同时为精密定量分析打下坚实基础,在材料检验和半导体检测领域都有相应的解决方案。







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