Adelaide'li mühendisler eklemsiz halkalarla SQUID dizilerini mutlak manyetometrelere dönüştürüyor

Physical Review Applied'da yayımlanan bir çalışma, eklemsiz süperiletken halkaların SQIF sensörlerinin gerektirdiği farklı halka boyutlarını taklit ettiğini ve üretimi basitleştirdiğini gösteriyor.

Bu sayfa İngilizceden çevrilmiştir. Şirket ve ürün adları ile kaynak bağlantıları değiştirilmemiştir. Orijinalini İngilizce okuyun

Güney Avustralya'daki Adelaide University araştırmacıları, süperiletken kuantum girişim cihazlarından (SQUID) oluşan ve onları cazip kılan hassasiyetten ödün vermeden mutlak manyetik alanı ölçebilen dizileri inşa etmenin daha basit bir yolunu ortaya koydu. Doktora öğrencileri Ross Monaghan ve Jonathan Marenkovic ile üniversitenin Quantum and Nano Technology Group (QuaNTeG) grubundan Doç. Dr. Giuseppe Tettamanzi'nin çalışması 26 Ekim'de Physical Review Applied'da yayımlandı (cilt 26, makale 044077); tam metin arXiv üzerinde de mevcut.

Sorun

SQUID'ler, Josephson eklemleriyle kesilen süperiletken malzemeden halkalardır ve var olan en hassas manyetik alan dedektörleri arasında yer alır. Çok sayıda SQUID halkasını iki boyutlu bir dizide birleştirmek çok güçlü radyo frekansı sensörleri ortaya çıkarır. Üniversitenin açıklamasına göre sorun, bu cihazların manyetik alanın tam olarak sıfır olduğu anı belirlemekte zorlanmasıdır.

Süperiletken kuantum girişim filtrelerinde (SQIF) kullanılan olağan çözüm, dizinin mutlak manyetometre olarak çalışabilmesi için halka alanlarını bilerek eşit olmayan şekilde tasarlamaktır. Çalışmaya göre bu gereklilik, her bir halkanın optimize edilmesiyle çelişir: bir halkanın boyutunu değiştirmek, onun endüktansını ve iyi performans için hassas biçimde kontrol edilmesi gereken kilit bir tasarım parametresini de değiştirir. Bu ödünleşim, yazarların yalnızca standart kuantum limitiyle sınırlı olarak tanımladığı tam potansiyele bu dizilerin ulaşmasını engeller. Üniversitenin duyurusu, mevcut tasarımların yüzlerce hatta binlerce farklı boyutta halka gerektirebileceğini belirtiyor.

Teknik ayrıntılar

Adelaide ekibi tüm halkaları aynı boyutta tuttu ve bunun yerine seçilen halkaları Josephson eklemi içermeyen "çıplak" süperiletken bölümlerle değiştirdi. Bu çıplak halkalar manyetik akının devre boyunca nasıl dağıldığını değiştirir; böylece dizi, halkaları farklı alanlara sahipmiş gibi davranır. Yazarlar buna "sentetik alan yayılımı" adını veriyor ve çıplak halkaların yerleşimini fiziksel alanların eşdeğer yayılımına bağlayan analitik bir formül türetiyor.

Ardından çıplak halkalı birkaç iki boyutlu SQIF dizisi üretip bunları çok düşük sıcaklıklarda çalıştırdılar. Araştırmacılara göre ölçülen cihazlar teoriyle uyumlu davrandı.

Tettamanzi, "Özenle yerleştirilmiş çıplak halkalar ekleyerek, maksimum hassasiyet için gereken koşulları korurken aynı sonuca ulaşabiliyoruz" dedi.

Neden önemli

Tek tip halkalar yeterliyse, üreticilerin artık pek çok farklı halka geometrisine sahip büyük diziler üretmesi gerekmeyecek; üniversiteye göre bu, cihazların üretimini daha basit ve daha ucuz hale getirebilir. Üniversite olası uygulamalar arasında beyin izleme, daha hassas radyo frekansı alıcıları, düşük gürültülü iletişim ve elektromanyetik algılamayı sayıyor.

Nelere dikkat etmeli

Üniversite, teknolojinin ticarileştirilmesinden önce daha fazla test gerektiğini söylüyor. Kavram uluslararası bir patent başvurusuna konu oldu ve cihaz performansını iyileştirmeye ve yeni uygulamaları keşfetmeye yönelik çalışmalar şimdiden sürüyor. The Quantum Insider üniversitenin duyurusunu 2 Kasım'da yayımladı.