什么是自然基准?

[拼音]：ziran jizhun

[外文]：natural standard

由反映物质运动自然规律的基本物理常数导出的电学基准或电学标准。20世纪60年代以前，用绝对测定（见电单位的绝对测定）方法复现的电磁单位的量值用实物基准来保存。绝对测定的不确定度(见电磁测量误差)只能达到10-6～10-7量级。实物基准的年变化约为10-7～10-8量级。这种状况不能满足科学研究和生产的要求。60年代以来发展起来的自然基准为电学基准开创了新的局面。自然基准所复现的量值不受时间、地点、材料、样品尺寸、温度等各种因素的影响，具有很高的复现性和稳定性。

在两块超导体之间隔以极薄的绝缘层，即构成一个约瑟夫森结。按照量子力学的规律，超导电流可以穿透绝缘层而在结内流动。如果在绝缘层的两边加上直流电压V，则结内会流动频率为f的高频交变超导电流，且电压


，其中h为普朗克常数，e为基本电荷。这样，电压V可以由基本物理常数h和e的比值及频率f的数值决定，此即为约瑟夫森效应。f的测定不确定度可达到10-13量级。所以由约瑟夫森效应得到的结电压在原则上可达到与频率标准相近的稳定度和复现性。

单个约瑟夫森结的结电压仅为毫伏量级。1984年，联邦德国及美国利用约1500个约瑟夫森结相串联，得到了约 1伏的结电压，可直接与标准电池的端电压相比较，监视直流电动势基准的稳定性。

1980年，联帮德国科学家K.von克利青等人发现量子化霍耳效应，即在低于4.2开的低温和大于10特的强磁场中，半导体表面的二维电子气的朗道能级呈现分立效应。当电子填满某一能级时，半导体的霍耳电阻曲线上出现平台。平台处的霍耳电阻RH满足方程


，n为整数或有理分数。由基本物理常数h和e2的比值即可决定霍耳电阻的数值，而且不包含频率因子。因此，用量子化霍耳效应建立的电阻自然基准的复现性和稳定度原则上不受限制。

当原子核在磁通密度为B的磁场中发生旋进时，旋进的角频率ω=γB（γ为原子核的旋磁比，是一种基本物理常数），如原子核同时还受到角频率为ω的电磁波的辐射，就会发生共振吸收。这种现象称为核磁共振。利用此种效应可建立磁场的自然基准，即用γ和频率值来决定磁通密度。