Інженери з Аделаїди перетворюють масиви СКВІДів на абсолютні магнітометри за допомогою петель без переходів

Дослідження в Physical Review Applied показує, що надпровідні петлі без джозефсонівських переходів імітують різні розміри петель, потрібні датчикам SQIF, і спрощують виробництво.

Цю сторінку перекладено з англійської. Назви компаній і продуктів, а також посилання на джерела залишено без змін. Читати оригінал англійською

Дослідники Аделаїдського університету (Південна Австралія) описали простіший спосіб створення масивів надпровідних квантових інтерферометрів (СКВІДів), здатних вимірювати абсолютне магнітне поле без втрати чутливості, через яку їх так цінують. Робота аспірантів Росса Монагана та Джонатана Маренковича і доцента Джузеппе Теттаманці з університетської групи Quantum and Nano Technology Group (QuaNTeG) була опублікована в Physical Review Applied 26 жовтня (том 26, стаття 044077); повний текст також доступний на arXiv.

Проблема

СКВІДи — це петлі з надпровідного матеріалу, перервані джозефсонівськими переходами; вони належать до найчутливіших детекторів магнітного поля. Об'єднання багатьох петель СКВІД у двовимірний масив дає дуже потужні радіочастотні датчики. Складність, як пояснює університет, полягає в тому, що таким пристроям важко визначити момент, коли магнітне поле точно дорівнює нулю.

Звичайне рішення, яке застосовують у надпровідних фільтрах квантової інтерференції (SQIF), — навмисно робити площі петель неоднаковими, щоб масив міг працювати як абсолютний магнітометр. Згідно з дослідженням, ця вимога суперечить оптимізації кожної окремої петлі: зміна розміру петлі змінює також її індуктивність і ключовий конструктивний параметр, який треба точно контролювати для доброї роботи. Цей компроміс не дає таким масивам розкрити весь потенціал, який автори описують як обмежений лише стандартною квантовою межею. У повідомленні університету зазначено, що наявні конструкції можуть потребувати сотень і навіть тисяч петель різного розміру.

Технічні деталі

Команда з Аделаїди залишила всі петлі однакового розміру, а натомість замінила вибрані петлі «голими» надпровідними ділянками без джозефсонівських переходів. Голі петлі змінюють розподіл магнітного потоку в колі, тож масив поводиться так, ніби його петлі мають різну площу. Автори називають це «синтетичним розкидом площ» і виводять аналітичну формулу, що пов'язує розташування голих петель з еквівалентним розкидом фізичних площ.

Потім вони виготовили кілька двовимірних масивів SQIF з голими петлями і запустили їх за дуже низьких температур. За словами дослідників, виміряні пристрої поводилися відповідно до теорії.

«Вводячи ретельно розміщені голі петлі, ми можемо досягти того самого результату, зберігши умови, необхідні для максимальної чутливості», — сказав Теттаманці.

Чому це важливо

Якщо достатньо однакових петель, виробникам більше не доведеться виготовляти великі масиви з багатьма різними геометріями петель, що, за словами університету, може зробити пристрої простішими й дешевшими. Серед можливих застосувань університет називає моніторинг мозку, чутливіші радіоприймачі, малошумний зв'язок і електромагнітне зондування.

На що звернути увагу

Університет зазначає, що перед комерціалізацією технології потрібні додаткові випробування. На концепцію подано міжнародну патентну заявку, а подальші дослідження з поліпшення характеристик пристроїв і пошуку нових застосувань уже тривають. The Quantum Insider опублікував повідомлення університету 2 листопада.