วิศวกรแอดิเลดใช้ลูปไร้รอยต่อเปลี่ยนอาร์เรย์ SQUID ให้เป็นแมกนีโตมิเตอร์สัมบูรณ์

งานวิจัยใน Physical Review Applied แสดงว่าลูปตัวนำยิ่งยวดที่ไม่มีรอยต่อโจเซฟสันสามารถเลียนแบบขนาดลูปที่หลากหลายซึ่งเซนเซอร์ SQIF ต้องการ และทำให้การผลิตง่ายขึ้น

หน้านี้แปลจากภาษาอังกฤษ โดยชื่อบริษัท ชื่อผลิตภัณฑ์ และลิงก์แหล่งข้อมูลยังคงเดิม อ่านต้นฉบับภาษาอังกฤษ

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแอดิเลด (Adelaide University) ในรัฐเซาท์ออสเตรเลียได้เสนอวิธีที่ง่ายกว่าในการสร้างอาร์เรย์ของอุปกรณ์แทรกสอดควอนตัมตัวนำยิ่งยวด (SQUID) ที่วัดสนามแม่เหล็กสัมบูรณ์ได้ โดยไม่สูญเสียความไวที่ทำให้อุปกรณ์เหล่านี้น่าสนใจ ผลงานของนักศึกษาปริญญาเอก Ross Monaghan และ Jonathan Marenkovic ร่วมกับรองศาสตราจารย์ Giuseppe Tettamanzi จากกลุ่มควอนตัมและนาโนเทคโนโลยี (QuaNTeG) ของมหาวิทยาลัย ตีพิมพ์ใน Physical Review Applied เมื่อวันที่ 26 ตุลาคม (เล่ม 26 บทความ 044077) และฉบับเต็มเผยแพร่บน arXiv ด้วย

ปัญหา

SQUID คือลูปของวัสดุตัวนำยิ่งยวดที่ถูกคั่นด้วยรอยต่อโจเซฟสัน และเป็นหนึ่งในเครื่องตรวจจับสนามแม่เหล็กที่ไวที่สุดในปัจจุบัน การนำลูป SQUID จำนวนมากมาต่อกันเป็นอาร์เรย์สองมิติจะได้เซนเซอร์คลื่นวิทยุที่ทรงพลังมาก มหาวิทยาลัยระบุว่าปัญหาคืออุปกรณ์เหล่านี้ตรวจจับได้ยากว่าสนามแม่เหล็กเป็นศูนย์พอดีเมื่อใด

ทางแก้ทั่วไปที่ใช้ในตัวกรองแทรกสอดควอนตัมตัวนำยิ่งยวด (SQIF) คือจงใจทำให้พื้นที่ของลูปไม่เท่ากัน เพื่อให้อาร์เรย์ทำหน้าที่เป็นแมกนีโตมิเตอร์สัมบูรณ์ งานวิจัยระบุว่าข้อกำหนดนี้ขัดกับการปรับแต่งลูปแต่ละลูป เพราะการเปลี่ยนขนาดลูปจะเปลี่ยนค่าความเหนี่ยวนำและพารามิเตอร์การออกแบบสำคัญที่ต้องควบคุมอย่างแม่นยำเพื่อประสิทธิภาพที่ดี การแลกเปลี่ยนนี้ทำให้อาร์เรย์ไปไม่ถึงศักยภาพเต็มที่ ซึ่งผู้เขียนกล่าวว่าถูกจำกัดเพียงโดยขีดจำกัดควอนตัมมาตรฐาน ประกาศ ของมหาวิทยาลัยระบุว่าการออกแบบปัจจุบันอาจต้องใช้ลูปขนาดต่าง ๆ หลายร้อยหรือหลายพันลูป

รายละเอียดทางเทคนิค

ทีมแอดิเลดให้ทุกลูปมีขนาดเท่ากัน และแทนที่ลูปที่เลือกไว้ด้วยส่วนตัวนำยิ่งยวด "ว่าง" ที่ไม่มีรอยต่อโจเซฟสัน ลูปว่างเหล่านี้เปลี่ยนการกระจายฟลักซ์แม่เหล็กในวงจร ทำให้อาร์เรย์ทำงานราวกับลูปมีพื้นที่ต่างกัน ผู้เขียนเรียกสิ่งนี้ว่า "การกระจายพื้นที่สังเคราะห์" และพิสูจน์สูตรเชิงวิเคราะห์ที่เชื่อมโยงการจัดวางลูปว่างกับการกระจายพื้นที่จริงที่เทียบเท่ากัน

จากนั้นพวกเขาสร้างอาร์เรย์ SQIF สองมิติหลายชุดที่มีลูปว่าง และทดสอบที่อุณหภูมิต่ำมาก นักวิจัยระบุว่าอุปกรณ์ที่วัดได้ทำงานสอดคล้องกับทฤษฎี

Tettamanzi กล่าวว่า "การเพิ่มลูปว่างที่วางตำแหน่งอย่างระมัดระวัง ทำให้เราได้ผลลัพธ์เดียวกัน พร้อมคงเงื่อนไขที่จำเป็นต่อความไวสูงสุดไว้ได้"

เหตุใดจึงสำคัญ

หากใช้ลูปที่เหมือนกันได้ ผู้ผลิตก็ไม่จำเป็นต้องสร้างอาร์เรย์ขนาดใหญ่ที่มีรูปทรงลูปหลากหลาย ซึ่งมหาวิทยาลัยระบุว่าอาจทำให้ผลิตอุปกรณ์ได้ง่ายและถูกลง มหาวิทยาลัยระบุการใช้งานที่เป็นไปได้ ได้แก่ การติดตามการทำงานของสมอง เครื่องรับคลื่นวิทยุที่ไวขึ้น การสื่อสารที่มีสัญญาณรบกวนต่ำ และการตรวจวัดแม่เหล็กไฟฟ้า

สิ่งที่ต้องติดตาม

มหาวิทยาลัยระบุว่าต้องทดสอบเพิ่มเติมก่อนนำเทคโนโลยีไปใช้เชิงพาณิชย์ แนวคิดนี้อยู่ในคำขอสิทธิบัตรระหว่างประเทศ และมีการศึกษาเพิ่มเติมเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและหาการใช้งานใหม่อยู่แล้ว The Quantum Insider เผยแพร่ประกาศของมหาวิทยาลัยเมื่อวันที่ 2 พฤศจิกายน