מהנדסים באדלייד הופכים מערכי SQUID למגנטומטרים מוחלטים בעזרת לולאות ללא צמתים

מחקר ב-Physical Review Applied מראה שלולאות מוליכות-על ללא צמתי ג'וזפסון מחקות את גודלי הלולאות המשתנים שחיישני SQIF דורשים ומפשטות את הייצור.

עמוד זה תורגם מאנגלית. שמות החברות והמוצרים וקישורי המקור נותרו ללא שינוי. לקריאת המקור באנגלית

חוקרים מאוניברסיטת אדלייד (Adelaide University) שבדרום אוסטרליה הציגו דרך פשוטה יותר לבנות מערכים של התקני התאבכות קוונטית מוליכי-על (SQUID) שמסוגלים למדוד שדה מגנטי מוחלט בלי לוותר על הרגישות שהופכת אותם לאטרקטיביים. עבודתם של דוקטורנטים רוס מונגהן וג'ונתן מרנקוביץ' ושל פרופסור חבר ג'וזפה טטמנצי מקבוצת הקוונטים והננו-טכנולוגיה (QuaNTeG) של האוניברסיטה פורסמה ב-Physical Review Applied ב-26 באוקטובר (כרך 26, מאמר 044077), והטקסט המלא זמין גם ב-arXiv.

הבעיה

התקני SQUID הם לולאות מחומר מוליך-על שנקטעות בצמתי ג'וזפסון, והם מגלאי השדה המגנטי הרגישים ביותר שקיימים. שילוב לולאות SQUID רבות במערך דו-ממדי יוצר חיישני תדר רדיו חזקים מאוד. הבעיה, לדברי האוניברסיטה, היא שלהתקנים האלה קשה לזהות מתי השדה המגנטי הוא בדיוק אפס.

הפתרון המקובל, שמשמש במסנני התאבכות קוונטית מוליכי-על (SQIF), הוא לעשות במכוון את שטחי הלולאות שונים זה מזה, כדי שהמערך יוכל לפעול כמגנטומטר מוחלט. לפי המחקר, דרישה זו מתנגשת באופטימיזציה של כל לולאה: שינוי גודל הלולאה משנה גם את השראותה ואת פרמטר תכנון מרכזי שיש לשלוט בו בדיוק לשם ביצועים טובים. הפשרה הזאת מונעת ממערכים כאלה למצות את מלוא הפוטנציאל שלהם, שהמחברים מתארים כמוגבל רק בגבול הקוונטי הסטנדרטי. ההודעה של האוניברסיטה מציינת שתכנונים קיימים עשויים לדרוש מאות ואף אלפי לולאות בגדלים שונים.

הפרטים הטכניים

צוות אדלייד שמר על גודל זהה לכל הלולאות, ובמקום זאת החליף לולאות נבחרות במקטעים מוליכי-על "חשופים" ללא צמתי ג'וזפסון. הלולאות החשופות משנות את אופן התפלגות השטף המגנטי במעגל, כך שהמערך מתנהג כאילו ללולאות שלו שטחים שונים. המחברים מכנים זאת "פיזור שטח סינתטי" וגוזרים נוסחה אנליטית שמקשרת בין סידור הלולאות החשופות לבין הפיזור השקול של שטחים פיזיקליים.

לאחר מכן ייצרו כמה מערכי SQIF דו-ממדיים עם לולאות חשופות והפעילו אותם בטמפרטורות נמוכות מאוד. לדברי החוקרים, ההתקנים שנמדדו התנהגו בהתאם לתיאוריה.

"באמצעות הכנסת לולאות חשופות הממוקמות בקפידה, אנחנו יכולים להשיג את אותה תוצאה ולשמור על התנאים הדרושים לרגישות מרבית," אמר טטמנצי.

למה זה חשוב

אם לולאות אחידות מספיקות, היצרנים לא יצטרכו עוד לייצר מערכים גדולים עם גיאומטריות לולאה רבות ושונות, מה שלדברי האוניברסיטה עשוי להפוך את ההתקנים לפשוטים וזולים יותר לבנייה. האוניברסיטה מונה בין השימושים האפשריים ניטור מוחי, מקלטי תדר רדיו רגישים יותר, תקשורת בעלת רעש נמוך וחישה אלקטרומגנטית.

על מה לעקוב

האוניברסיטה אומרת שנדרשות בדיקות נוספות לפני שניתן יהיה למסחר את הטכנולוגיה. הרעיון נכלל בבקשת פטנט בינלאומית, ומחקרי המשך לשיפור ביצועי ההתקנים ולבחינת שימושים חדשים כבר מתבצעים. The Quantum Insider פרסם את הודעת האוניברסיטה ב-2 בנובמבר.