米乐m6官方网站[所长：野间口裕]（以下简称“AIST”）测量标准研究部[研究部主任：三木幸信]正在与法国、意大利、澳大利亚、德国、英国、美国和欧盟委员会的计量机构进行国际研究合作（阿伏加德罗国际项目）。
阿伏伽德罗常数的准确度
阿伏加德罗常数为 1摩尔 (mol)物质中所含原子、分子等的数量，是物理、化学领域使用的重要项目基本物理常数之一对阿伏加德罗常数的高精度测量将使我们能够重新定义质量单位，目前质量单位是根据每个原子的质量，通过称为国际原型千克的重量来定义的。在阿伏加德罗国际项目中，硅同位素是其中之一28生产仅浓缩硅的晶体，其密度，晶格常数、摩尔质量X射线晶体密度法确定。 AIST 拥有新开发的光波长调节系统激光干涉仪质量为 1 kg28硅单晶球形状1纳米并测定了其体积和密度。通过将国际研究合作获得的晶格常数和摩尔质量值与密度值相结合，可以计算出阿伏加德罗常数，精度提高一个数量级（3×10-8)已成功测定。该成果发表在美国科学杂志上（物理评论信，2011年，卷。 106，p。 030801）。
AIST等提高阿伏加德罗常数的精度后于2011年10月举办国际度量衡会议，达成了一项协议，未来废除国际原型千克，并使用基本物理常数重新定义千克。现代措施与措施历史上第一次，建立不依赖人造材料的质量标准变得切实可行。
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照片1：通过精确控制AIST开发的光的波长来塑造硅球的形状
以纳米精度测量的激光干涉仪
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国际单位制 (SI)是一个通用单位制，由对应于长度、质量、时间、电流、温度、发光强度和物质数量的七个基本单位（m、kg、s、A、K、cd、mol）及其构成单位组成。它始于 1875 年，成为现代计量学的基础。
米约定的成立1889年，在令人难忘的第一届国际度量衡会议上，由铂铱合金制成的米原型和公斤分别被批准作为长度和质量单位。此后，定义不断修订和改进，长度单位米至今经历了两次重大修订。 1960年，定义转向氪灯的波长，国际公制原型被废除，1983年，定义转向基于光在真空中传播的旅程长度的新定义。
另一方面，即使在诞生120多年后的今天，世界上唯一的国际公斤原型仍然被用作定义公斤的标准。国际公斤原型位于巴黎郊区国际计量局 (BIPM)世界质量标准与国际原型千克定期保持校对的原型公斤进行一系列比较来维护和管理。然而，由于表面污染和磨损的影响，国际千克原器质量的长期稳定性估计在50微克左右。这是 5×10 相对于 1 kg-8的微小波动范围，但随着近年来测量技术的进步，它已经成为一个不可忽视的尺寸，千克的定义可以改为像米一样的基本物理常数国际度量衡委员会 (CIPM)等中已经考虑过。
使用基本物理常数重新定义千克的提议包括基于阿伏加德罗常数的提议，该常数根据原子数量确定质量，以及根据相对论和光电效应将光子的能量和质量联系起来普朗克常数正在考虑中。因此，这两个常数可以与国际原型千克（5×10-8) 迫切需要重新定义千克。在日常生活中，我们不太可能直接感受到根据基本物理常数重新定义千克的效果。然而，在某些情况下，使用激光对米的重新定义使得精确测量纳米量级的长度成为可能，为在原子水平上控制物质的“纳米技术”奠定了基础。基于基本物理常数的精确质量标准的实现，还有可能通过原子级精确质量测量的基础技术，为包括纳米技术在内的尖端科学和工业技术带来重大突破和创新。
大约 40 年前，AIST 开始使用硅精确测量阿伏加德罗常数。硅的优点是可以相对容易地获得高纯度、无缺陷的大单晶，并且其物理性质通过过去的半导体研究而众所周知。当前摩尔是
质量数12 个碳原子(
12C)，但是
12由于C与硅原子的质量比已经被高精度测量，因此即使使用硅晶体也可以高精度地确定阿伏加德罗常数，即1摩尔物质中所含的原子、分子等的数量。
它始于测量硅晶体晶格常数的实验。 1987年，一项将硅晶体抛光成极其接近完美球体的技术被开发出来，使得高精度测量硅晶体的密度成为可能。在 AIST，几十纳米球形度抛光的硅球的形状。 1994年，他们成为世界上第一家成功测量真空中硅球密度的公司，并通过不受空气折射率影响的测量密度，实现了世界上固体密度的最高测量精度。
此外，硅具有三种不同质量数的稳定同位素28硅，29硅，30由于Si的存在，需要精确测量同位素丰度比才能确定其摩尔质量（平均原子量）。 2003年，我们与欧盟委员会参考材料和测量研究所（IRMM）[主任Krzysztof Maruszewski]合作，测量了硅的摩尔质量，并计算出阿伏加德罗常数为2×10-7当时最小的亲戚不确定性2004 年 1 月 20 日 AIST 新闻稿）。然而，此后摩尔质量测量的精度成为制约因素，并且精度无法进一步提高。
与七家计量机构合作解决这个问题28我们于 2004 年启动了阿伏加德罗国际项目，旨在从仅富含 Si 的硅单晶中测定阿伏加德罗常数。除AIST外，阿伏加德罗国际项目还包括BIPM[主任Michael Kühne]（Bureau International des Poids et Measures）、意大利计量研究所[主任Alberto Carpinteri]（Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica，INRIM）、IRMM、澳大利亚计量研究所[主任Laurie Besley]（国家测量研究所（NMIA））、英国物理研究所[主任Brian Bowsher] （美国国家物理国家标准技术研究所（NIST）、美国国家标准技术研究所（所长：Patrick Gallagher）和德国物理技术研究所（所长：Joachim Ullrich）（Physikalisch-Technische Bundesanstalt，PTB）参与，该项目通过国际分工进行，各机构负责其专业领域。
阿伏加德罗国际项目将首先花费两年时间生产四氟化硅 (
28SiF
4)浓缩至9999%，并于2007年生产出5公斤
28硅单晶已完成。从该晶体中抛光出两个直径为 94 mm、球形度为 7 nm、质量为 1 kg 的球体。为了确定这些球体的密度，产业技术研究院开发了一种新型激光干涉仪，通过精确控制光的波长，以 1 纳米的精度测量硅球体的形状（照片 1）。干涉仪安装在一个真空室中，该真空室配备了一个系统，可以控制和测量硅球温度，精度优于 0001 °C，以实现精确的球体形状测量（图 1）。
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图 1：装有激光干涉仪的真空室，用于测量硅球的形状
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为了精确测量形状，它配备了控制和测量球体温度的系统，精度优于0001℃。
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此外，为了准确测量体积X射线反射法和光谱椭偏仪并精确测量了球面氧化膜的厚度（照片2）。球体的密度值是根据针对表面氧化膜的影响进行校正的体积和质量测量值确定的。此外，在晶体评估中，我们使用了大学间研究机构高能加速器研究组织的设备，以确认晶体中晶格常数的均匀性。最后，根据包括AIST在内的参与该项目的研究机构进行的密度、晶格常数和摩尔质量测量，确定阿伏加德罗常数为30×10-8国际阿伏加德罗项目在美国科学期刊上发表了研究结果。确定的阿伏加德罗常数于 2011 年 6 月发布科学技术数据委员会 (CODATA)采用为调整基本物理常数的数据
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照片 2：28用于硅同位素富集球表面分析的光谱椭偏仪（左）和使用X射线反射法的膜厚测量装置（右）
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由膜厚测量装置使用用于AIST供应薄膜标准材料的X射线反射法测定的标准材料
通过校准光谱椭偏仪，可追溯至国家计量标准的球面分析。
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NIST，2007 年约瑟夫森效应和量子霍尔效应确定的电压和电阻的测量，普朗克常数由瓦特平衡法, 36×10-8通过提高阿伏加德罗常数的精度，阿伏加德罗常数和普朗克常数的测量精度现在均为5×10-8对此，2011年10月召开的米制公约最高决策机构——国际度量衡大会通过决议，指明了未来废除国际原型千克、用基本物理常数重新定义千克的方向。因此，历史上第一次，基于阿伏加德罗常数和普朗克常数等通用物理常数而不是人造物体建立质量标准正在成为现实。
在国际度量衡会议重新定义千克的讨论中，将从硅晶体获得的阿伏加德罗常数与基于约瑟夫森效应和量子霍尔效应的电学标准获得的普朗克常数推导的阿伏加德罗常数进行了比较（图2）。阿伏加德罗国际项目的测量结果与 NPL 和瑞士联邦计量研究所 (METAS) 获得的数据在误差范围内一致，但与瓦特平衡法确定的最准确数据 NIST 数据不一致，并且在第七位数字上存在差异。这种差异是2011年10月国际度量衡会议上没有重新定义千克的主要原因，并且计划开展多项国际研究合作来提高每种方法的准确性并调查这种差异的原因。
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图2：不同测量原理确定的阿伏伽德罗常数对比
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每个数据上方的条形代表实验数据的标准不确定度。 NIST-07：使用 NIST 瓦特平衡法测量普朗克常数
(2007)，NPL-10：使用 NPL 瓦特平衡法测量普朗克常数 (2010)，METAS-11：METAS
瓦特平衡法测量 (2011)，IAC-11：阿伏加德罗国际项目测量 (2011)。
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国立产业技术综合研究所
测量标准研究部流体标准实验室
首席研究员 Naoki Kuramoto 电子邮件：
