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Die elektrische Abstoßung zwischen einzelnen Elektronen manifestiert sich in ultrakleinen metallischen Tunnelkontakt-Schaltungen als makroskopisch beobachtbarer Effekt, wenn deren Coulomb-Wechselwirkung auf der Energieskala dominiert. Die resultierenden Einzelladungseffekte erlauben eine gezielte Manipulation einzelner Ladungsquanten und damit einzigartige Anwendungen für die elektrische Metrologie. Zu den metrologisch interessanten Einzelelektronen-Bauelementen zählen Elektrometer, die den Nachweis kleinster elektrischer Ladungen in der Größenordnung von Bruchteilen der Elementarladung ermöglichen, und die so genannte Einzelelektronenpumpe, die den getakteten Transfer von Ladungsquanten durch eine Schaltung und damit prinzipiell die Realisierung eines Quantenstromnormals gestattet. Die Kombination beider Schaltungstypen ermöglicht schließlich die Implementierung eines neuartigen Kapazitätsstandards. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über die genannten Themenfelder und geht auf den aktuellen Stand der metrologischen Anwendung an der PTB ein.

Einzelelektronen-Schaltungen für Anwendungen in der Metrologie (Single-Electron Circuits for Metrological Applications)