Engenheiros de Adelaide usam laços sem junções para transformar matrizes SQUID em magnetômetros absolutos

Artigo na Physical Review Applied mostra que laços supercondutores sem junções imitam os tamanhos variados exigidos por sensores SQIF e simplificam a fabricação.

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Pesquisadores da Adelaide University, na Austrália Meridional, apresentam uma forma mais simples de construir matrizes de dispositivos supercondutores de interferência quântica (SQUIDs) capazes de medir o campo magnético absoluto sem abrir mão da sensibilidade que os torna atraentes. O trabalho, assinado pelos doutorandos Ross Monaghan e Jonathan Marenkovic e pelo professor associado Giuseppe Tettamanzi, do Quantum and Nano Technology Group (QuaNTeG) da universidade, foi publicado na Physical Review Applied em 26 de outubro (volume 26, artigo 044077), e o texto completo também está no arXiv.

O problema

SQUIDs são laços de material supercondutor interrompidos por junções Josephson e estão entre os detectores de campo magnético mais sensíveis que existem. Combinar muitos laços SQUID em uma matriz bidimensional produz sensores de radiofrequência de altíssimo desempenho. O porém, segundo a universidade, é que esses dispositivos têm dificuldade em identificar quando um campo magnético é exatamente zero.

A solução usual, empregada nos filtros supercondutores de interferência quântica (SQIFs), é tornar as áreas dos laços deliberadamente desiguais para que a matriz funcione como magnetômetro absoluto. Segundo o artigo, essa exigência entra em conflito com a otimização de cada laço individual: mudar o tamanho de um laço também altera sua indutância e um parâmetro de projeto essencial, que precisa ser controlado com rigor para garantir bom desempenho. Essa concessão impede que tais matrizes atinjam todo o seu potencial, que os autores descrevem como limitado apenas pelo limite quântico padrão. O comunicado da universidade observa que os projetos atuais podem exigir centenas ou até milhares de laços de tamanhos diferentes.

Os detalhes técnicos

A equipe de Adelaide manteve todos os laços do mesmo tamanho e, em vez disso, substituiu alguns deles por seções supercondutoras "nuas", sem junções Josephson. Esses laços nus mudam a forma como o fluxo magnético se distribui pelo circuito, de modo que a matriz se comporta como se seus laços tivessem áreas diferentes. Os autores chamam isso de "dispersão sintética de áreas" e derivam uma fórmula analítica que relaciona a posição dos laços nus à dispersão equivalente de áreas físicas.

Em seguida, fabricaram várias matrizes SQIF bidimensionais com laços nus e as operaram a temperaturas muito baixas. Segundo os pesquisadores, os dispositivos medidos se comportaram de acordo com a teoria.

"Ao introduzir laços nus cuidadosamente posicionados, conseguimos o mesmo resultado preservando as condições necessárias para a máxima sensibilidade", disse Tettamanzi.

Por que isso importa

Se laços uniformes derem conta do recado, os fabricantes não precisariam mais produzir grandes matrizes com muitas geometrias de laço diferentes, o que, segundo a universidade, pode tornar os dispositivos mais fáceis e baratos de construir. A universidade cita como aplicações possíveis o monitoramento cerebral, receptores de radiofrequência mais sensíveis, comunicações de baixo ruído e sensoriamento eletromagnético.

O que observar

A universidade afirma que são necessários mais testes antes que a tecnologia possa ser comercializada. O conceito é objeto de um pedido internacional de patente, e já há estudos em andamento para melhorar o desempenho dos dispositivos e explorar novas aplicações. O The Quantum Insider publicou o comunicado da universidade em 2 de novembro.