Инженеры из Аделаиды превращают массивы СКВИДов в абсолютные магнитометры с помощью петель без переходов

Исследование в Physical Review Applied показывает, что сверхпроводящие петли без джозефсоновских переходов имитируют разные размеры петель, нужные датчикам SQIF, и упрощают производство.

Эта страница переведена с английского. Названия компаний и продуктов, а также ссылки на источники оставлены без изменений. Читать оригинал на английском

Исследователи из Аделаидского университета (Южная Австралия) описали более простой способ создания массивов сверхпроводящих квантовых интерферометров (СКВИДов), способных измерять абсолютное магнитное поле, не теряя чувствительности, ради которой они и ценятся. Работа аспирантов Росса Монагана и Джонатана Маренковича и доцента Джузеппе Теттаманци из университетской группы Quantum and Nano Technology Group (QuaNTeG) была опубликована в Physical Review Applied 26 октября (том 26, статья 044077); полный текст доступен также на arXiv.

Проблема

СКВИДы — это петли из сверхпроводящего материала, прерванные джозефсоновскими переходами; они относятся к самым чувствительным детекторам магнитного поля. Объединение множества петель СКВИД в двумерный массив даёт очень мощные радиочастотные датчики. Загвоздка, как объясняет университет, в том, что таким устройствам трудно определить момент, когда магнитное поле в точности равно нулю.

Обычное решение, применяемое в сверхпроводящих фильтрах квантовой интерференции (SQIF), — намеренно делать площади петель неодинаковыми, чтобы массив мог работать как абсолютный магнитометр. Согласно исследованию, это требование противоречит оптимизации каждой отдельной петли: изменение размера петли меняет и её индуктивность, и ключевой конструктивный параметр, который нужно точно контролировать для хорошей работы. Этот компромисс не позволяет таким массивам раскрыть весь потенциал, который авторы описывают как ограниченный лишь стандартным квантовым пределом. В сообщении университета отмечается, что существующие конструкции могут требовать сотен и даже тысяч петель разного размера.

Технические детали

Команда из Аделаиды оставила все петли одинакового размера, а вместо этого заменила выбранные петли «голыми» сверхпроводящими участками без джозефсоновских переходов. Голые петли меняют распределение магнитного потока в цепи, так что массив ведёт себя так, будто его петли имеют разную площадь. Авторы называют это «синтетическим разбросом площадей» и выводят аналитическую формулу, связывающую расположение голых петель с эквивалентным разбросом физических площадей.

Затем они изготовили несколько двумерных массивов SQIF с голыми петлями и запустили их при очень низких температурах. По словам исследователей, измеренные устройства вели себя в соответствии с теорией.

«Вводя тщательно размещённые голые петли, мы можем добиться того же результата, сохранив условия, необходимые для максимальной чувствительности», — сказал Теттаманци.

Почему это важно

Если достаточно одинаковых петель, производителям больше не придётся изготавливать большие массивы с множеством разных геометрий петель, что, по словам университета, может сделать устройства проще и дешевле. Среди возможных применений университет называет мониторинг мозга, более чувствительные радиоприёмники, малошумящую связь и электромагнитное зондирование.

На что обратить внимание

Университет отмечает, что до коммерциализации технологии нужны дополнительные испытания. На концепцию подана международная патентная заявка, а последующие исследования по улучшению характеристик устройств и поиску новых применений уже ведутся. The Quantum Insider опубликовал сообщение университета 2 ноября.