Ingenieros de Adelaida usan bucles sin uniones para convertir matrices SQUID en magnetómetros absolutos

Un artículo en Physical Review Applied muestra que bucles superconductores sin uniones imitan los tamaños variados que requieren los sensores SQIF y simplifican su fabricación.

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Investigadores de Adelaide University, en Australia Meridional, presentan una forma más sencilla de construir matrices de dispositivos superconductores de interferencia cuántica (SQUID) capaces de medir el campo magnético absoluto sin renunciar a la sensibilidad que los hace atractivos. El trabajo, firmado por los doctorandos Ross Monaghan y Jonathan Marenkovic y el profesor asociado Giuseppe Tettamanzi, del Quantum and Nano Technology Group (QuaNTeG) de la universidad, se publicó en Physical Review Applied el 26 de octubre (volumen 26, artículo 044077), y el texto completo también está disponible en arXiv.

El problema

Los SQUID son bucles de material superconductor interrumpidos por uniones Josephson y figuran entre los detectores de campo magnético más sensibles que existen. Al combinar muchos bucles SQUID en una matriz bidimensional se obtienen sensores de radiofrecuencia de altísimo rendimiento. El inconveniente, según explica la universidad, es que a estos dispositivos les ha costado identificar cuándo un campo magnético es exactamente cero.

La solución habitual, empleada en los filtros superconductores de interferencia cuántica (SQIF), consiste en hacer deliberadamente desiguales las áreas de los bucles para que la matriz funcione como magnetómetro absoluto. Según el artículo, ese requisito choca con la optimización de cada bucle individual: cambiar el tamaño de un bucle también modifica su inductancia y un parámetro de diseño clave que debe controlarse con precisión para lograr un buen rendimiento. Esa concesión impide que estas matrices alcancen todo su potencial, que los autores describen como limitado únicamente por el límite cuántico estándar. El anuncio de la universidad señala que los diseños actuales pueden requerir cientos o incluso miles de bucles de distintos tamaños.

Los detalles técnicos

El equipo de Adelaida mantuvo todos los bucles del mismo tamaño y, en su lugar, sustituyó algunos por secciones superconductoras «desnudas» que no contienen uniones Josephson. Esos bucles desnudos cambian la forma en que el flujo magnético se reparte por el circuito, de modo que la matriz se comporta como si sus bucles tuvieran áreas diferentes. Los autores llaman a esto una «dispersión sintética de áreas» y derivan una fórmula analítica que vincula la ubicación de los bucles desnudos con la dispersión equivalente de áreas físicas.

Después fabricaron varias matrices SQIF bidimensionales con bucles desnudos y las hicieron funcionar a temperaturas muy bajas. Según los investigadores, los dispositivos medidos se comportaron de acuerdo con la teoría.

«Al introducir bucles desnudos cuidadosamente posicionados, podemos lograr el mismo resultado conservando las condiciones necesarias para la máxima sensibilidad», afirmó Tettamanzi.

Por qué importa

Si bucles uniformes pueden hacer el trabajo, los fabricantes ya no necesitarían producir grandes matrices con muchas geometrías de bucle distintas, lo que, según la universidad, podría hacer que los dispositivos fueran más fáciles y baratos de construir. La universidad menciona como posibles aplicaciones la monitorización cerebral, receptores de radiofrecuencia más sensibles, comunicaciones de bajo ruido y la detección electromagnética.

Qué vigilar

La universidad indica que se necesitan más pruebas antes de que la tecnología pueda comercializarse. El concepto es objeto de una solicitud de patente internacional, y ya hay estudios en marcha para mejorar el rendimiento de los dispositivos y explorar nuevas aplicaciones. The Quantum Insider publicó el comunicado de la universidad el 2 de noviembre.