Ad Adelaide anelli senza giunzioni trasformano le matrici di SQUID in magnetometri assoluti

Uno studio su Physical Review Applied mostra che anelli superconduttori senza giunzioni imitano le diverse dimensioni richieste dai sensori SQIF e ne semplificano la produzione.

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I ricercatori della Adelaide University, in Australia Meridionale, presentano un modo più semplice per costruire matrici di dispositivi superconduttori a interferenza quantistica (SQUID) in grado di misurare il campo magnetico assoluto senza rinunciare alla sensibilità che li rende interessanti. Il lavoro, firmato dai dottorandi Ross Monaghan e Jonathan Marenkovic e dal professore associato Giuseppe Tettamanzi del Quantum and Nano Technology Group (QuaNTeG) dell'università, è stato pubblicato su Physical Review Applied il 26 ottobre (volume 26, articolo 044077) e il testo completo è disponibile anche su arXiv.

Il problema

Gli SQUID sono anelli di materiale superconduttore interrotti da giunzioni Josephson e sono tra i rivelatori di campo magnetico più sensibili esistenti. Combinando molti anelli SQUID in una matrice bidimensionale si ottengono sensori a radiofrequenza dalle prestazioni elevatissime. Il problema, spiega l'università, è che questi dispositivi faticano a stabilire quando un campo magnetico è esattamente zero.

La soluzione abituale, adottata nei filtri superconduttori a interferenza quantistica (SQIF), consiste nel rendere volutamente diverse le aree degli anelli, così che la matrice possa funzionare come magnetometro assoluto. Secondo lo studio, questo requisito si scontra con l'ottimizzazione di ogni singolo anello: cambiare le dimensioni di un anello ne modifica anche l'induttanza e un parametro di progetto chiave che va controllato con precisione per ottenere buone prestazioni. Questo compromesso impedisce a tali matrici di esprimere tutto il loro potenziale, che gli autori descrivono come limitato soltanto dal limite quantistico standard. L'annuncio dell'università osserva che i progetti attuali possono richiedere centinaia o persino migliaia di anelli di dimensioni diverse.

I dettagli tecnici

Il gruppo di Adelaide ha mantenuto tutti gli anelli della stessa dimensione e ha invece sostituito alcuni di essi con sezioni superconduttrici "nude", prive di giunzioni Josephson. Questi anelli nudi cambiano il modo in cui il flusso magnetico si distribuisce nel circuito, per cui la matrice si comporta come se i suoi anelli avessero aree diverse. Gli autori la chiamano "dispersione sintetica delle aree" e ricavano una formula analitica che collega la disposizione degli anelli nudi alla dispersione equivalente delle aree fisiche.

Hanno poi fabbricato diverse matrici SQIF bidimensionali con anelli nudi e le hanno fatte funzionare a temperature molto basse. Secondo i ricercatori, i dispositivi misurati si sono comportati in linea con la teoria.

"Introducendo anelli nudi posizionati con cura, possiamo ottenere lo stesso risultato preservando le condizioni necessarie per la massima sensibilità", ha dichiarato Tettamanzi.

Perché è importante

Se anelli uniformi bastano, i produttori non dovrebbero più realizzare grandi matrici con molte geometrie di anello diverse, il che, secondo l'università, potrebbe rendere i dispositivi più semplici ed economici da costruire. Tra le possibili applicazioni l'università cita il monitoraggio cerebrale, ricevitori a radiofrequenza più sensibili, comunicazioni a basso rumore e il rilevamento elettromagnetico.

Cosa osservare

L'università precisa che servono ulteriori test prima che la tecnologia possa essere commercializzata. Il concetto è oggetto di una domanda di brevetto internazionale e sono già in corso studi per migliorare le prestazioni dei dispositivi ed esplorare nuove applicazioni. The Quantum Insider ha ripreso il comunicato dell'università il 2 novembre.