एडिलेड के इंजीनियरों ने बिना जंक्शन वाले लूप से SQUID ऐरे को निरपेक्ष मैग्नेटोमीटर बनाया

दक्षिण ऑस्ट्रेलिया की एडिलेड यूनिवर्सिटी (Adelaide University) के शोधकर्ताओं ने सुपरकंडक्टिंग क्वांटम इंटरफ़ेरेंस डिवाइस (SQUID) के ऐसे ऐरे बनाने का आसान तरीका पेश किया है जो निरपेक्ष चुंबकीय क्षेत्र माप सकें, और वह संवेदनशीलता भी न खोएँ जो उन्हें आकर्षक बनाती है। डॉक्टरेट छात्रों रॉस मोनाघन और जोनाथन मारेंकोविच तथा विश्वविद्यालय के क्वांटम एंड नैनो टेक्नोलॉजी ग्रुप (QuaNTeG) के एसोसिएट प्रोफ़ेसर जूसेप्पे तेत्तामांज़ी का यह काम 26 अक्टूबर को Physical Review Applied में प्रकाशित हुआ (खंड 26, लेख 044077), और पूरा पाठ arXiv पर भी उपलब्ध है।

समस्या

SQUID सुपरकंडक्टिंग पदार्थ के ऐसे लूप हैं जिन्हें जोसेफसन जंक्शन बाधित करते हैं, और ये मौजूदा सबसे संवेदनशील चुंबकीय क्षेत्र डिटेक्टरों में शामिल हैं। कई SQUID लूप को द्वि-आयामी ऐरे में जोड़ने से बेहद शक्तिशाली रेडियो-फ़्रीक्वेंसी सेंसर बनते हैं। विश्वविद्यालय के अनुसार दिक्कत यह है कि इन उपकरणों के लिए यह पहचानना मुश्किल होता है कि चुंबकीय क्षेत्र ठीक कब शून्य है।

सुपरकंडक्टिंग क्वांटम इंटरफ़ेरेंस फ़िल्टर (SQIF) में इस्तेमाल होने वाला सामान्य समाधान लूप के क्षेत्रफल जान-बूझकर असमान रखना है, ताकि ऐरे निरपेक्ष मैग्नेटोमीटर की तरह काम कर सके। अध्ययन के अनुसार यह शर्त हर अलग लूप के अनुकूलन से टकराती है: लूप का आकार बदलने से उसका इंडक्टेंस और एक अहम डिज़ाइन पैरामीटर भी बदल जाता है, जिसे अच्छे प्रदर्शन के लिए बारीकी से नियंत्रित करना पड़ता है। यह समझौता ऐसे ऐरे को उनकी पूरी क्षमता तक पहुँचने से रोकता है, जिसे लेखक केवल मानक क्वांटम सीमा से बंधा बताते हैं। विश्वविद्यालय की घोषणा में कहा गया है कि मौजूदा डिज़ाइनों में अलग-अलग आकार के सैकड़ों या हज़ारों लूप तक लग सकते हैं।

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तकनीकी विवरण

एडिलेड की टीम ने सभी लूप का आकार एक जैसा रखा और इसके बजाय चुने हुए लूप को जोसेफसन जंक्शन रहित "खाली" सुपरकंडक्टिंग हिस्सों से बदल दिया। ये खाली लूप सर्किट में चुंबकीय फ़्लक्स के बँटने का तरीका बदल देते हैं, जिससे ऐरे ऐसा व्यवहार करता है मानो उसके लूप के क्षेत्रफल अलग-अलग हों। लेखक इसे "सिंथेटिक क्षेत्रफल फैलाव" कहते हैं और एक विश्लेषणात्मक सूत्र निकालते हैं जो खाली लूप की व्यवस्था को भौतिक क्षेत्रफलों के समतुल्य फैलाव से जोड़ता है।

फिर उन्होंने खाली लूप वाले कई द्वि-आयामी SQIF ऐरे बनाए और उन्हें बहुत कम तापमान पर चलाया। शोधकर्ताओं के अनुसार मापे गए उपकरणों ने सिद्धांत के अनुरूप व्यवहार किया।

तेत्तामांज़ी ने कहा, "सावधानी से रखे गए खाली लूप जोड़कर हम वही परिणाम हासिल कर सकते हैं और अधिकतम संवेदनशीलता के लिए ज़रूरी शर्तें भी बनाए रख सकते हैं।"

यह क्यों मायने रखता है

अगर एकसमान लूप काफ़ी हों, तो निर्माताओं को कई अलग-अलग लूप ज्यामितियों वाले बड़े ऐरे बनाने की ज़रूरत नहीं रहेगी, जिससे विश्वविद्यालय के अनुसार उपकरण बनाना सरल और सस्ता हो सकता है। विश्वविद्यालय संभावित उपयोगों में मस्तिष्क निगरानी, अधिक संवेदनशील रेडियो-फ़्रीक्वेंसी रिसीवर, कम शोर वाला संचार और विद्युतचुंबकीय संवेदन गिनाता है।

किन बातों पर नज़र रखें

विश्वविद्यालय का कहना है कि तकनीक के व्यावसायीकरण से पहले और परीक्षण ज़रूरी हैं। यह अवधारणा एक अंतरराष्ट्रीय पेटेंट आवेदन का विषय है, और उपकरणों का प्रदर्शन सुधारने तथा नए उपयोग खोजने के लिए आगे के अध्ययन पहले से जारी हैं। The Quantum Insider ने 2 नवंबर को विश्वविद्यालय की घोषणा प्रकाशित की।