Mini-Atomuhr fürs Handy vorgestellt

NIST stellt Miniatur-Atomuhr mit minimalem Stromverbrauch vor

Das NIST (National Institute of Standards and Technology) hat jetzt eine Miniatur-Atomuhr vorgestellt, die klein genug ist, um in mobilen, akkubetriebenen Endgeräten wie Handys eingesetzt zu werden. Sie soll unter anderem die drahtlose Kommunikation sicherer und die Navigation präziser machen.

Der Kern der Atomuhr hat bei einer Höhe von 4 mm gerade mal eine Kantenlänge von 1,5 mm und weist einen Stromverbrauch von nur 0,075 Watt auf. Dabei soll sie eine äußerst präzise Zeitmessung erlauben, die gerade einmal eine Abweichung von einer Sekunde pro 300 Jahren entspricht.

Darüber hinaus soll sich das Uhrenpaket auf Halbleiter-Wafern und daher mit existierenden Techniken zur Massenproduktion fertigen lassen. Zusammen mit einem externen Oszillator-Schaltkreis soll sich so eine vollständige Uhr in einem Volumen von rund einem Kubikzentimeter unterbringen lassen.

Kern der Mini-Atomuhr

Die grundlegenden Prinzipien der Mini-Atomuhr unterscheiden sich nicht von denen anderer Atomuhren. Sie nutzt die natürliche Schwingung eines Cäsium-Atoms mit 9,2 Milliarden Ausschlägen pro Sekunde, um die Zeit zu messen, verwendet aber ein anderes Design, was die Miniaturisierung erlaubt.

Cäsium-Dampf wird dabei in einer versiegelten Zelle eingeschlossen und von einem Infrarot-Laser abgetastet, der zwei elektromagnetische Felder erzeugt. Die Frequenz-Differenz dieser beiden Felder wird dann in Übereinstimmung mit der Differenz der beiden Energie-Niveaus der Atome gebracht, so dass die Atome in einen "dunklen Zustand" geraten, in dem sie weder Licht absorbieren noch emittieren. Dieser Punkt definiert die natürliche Schwingungsfrequenz von Cäsium. Ein externer Oszillator, beispielsweise ein Quartz-Kristall wie er in Armbanduhren zum Einsatz komme, kann sich dann an dieser Frequenz anlehnen.

Die Mini-Atomuhr ist dabei zwar nicht so genau wie ihre großen Vorbilder, durch die geringe Größe und den nur minimalen Stromverbrauch eignet sie sich aber für ganz andere Einsatzgebiete. Gegenüber normalen Uhren mit Quartz-Kristall-Oszillatoren soll sie aber eine rund 1.000fach höhere Genauigkeit bieten.