TINTAHAL

tintahal _ _  _ _ _  _ _ _ _  _ _ _ _ _ A SQUID magnetométerek rekordnagy érzékenységgel rendelkeznek, elérik az 5⋅10 −33  J/Hz-et (a mágneses tér érzékenysége 10 −13  T) [1] . Az átlagolt értékek hosszú távú, több napos mérése esetén 5⋅10 -18  T érzékenységi értékek érhetők el [2] .

Hogyan működik

A legegyszerűbb kvantummagnetométer , a SQUID egy szupravezető gyűrű, két Josephson alagút csomóponttal. Az ilyen készülékben végbemenő folyamatok bizonyos értelemben az optikai interferencia analógjai két résen, csak ebben az esetben nem fényhullámok zavarják, hanem két Josephson-áram. A SQUID működésének megértéséhez elengedhetetlen az elektron hullámtulajdonságainak jelenléte - egy SQUID -ban az elektronok de Broglie-hullámai két részre oszlanak, amelyek mindegyike áthalad a saját alagútkontaktusán , majd mindkét hullám összefolyik. Külső tér hiányában mindkét ág egyenértékű lesz, és mindkét hullám ugyanabban a fázisban érkezik. De az áramkörön keresztül áramló mágneses tér jelenlétében keringő szupravezető áram indukálódik benne . Ezt az áramot az egyik érintkezőben levonják a külső egyenáramból, a másodikban pedig hozzáadják. Most a két ág eltérő áramerősségű lesz, és fáziskülönbség lesz az alagút érintkezőin áthaladó hullámok között. Az érintkezőkön áthaladó és csatlakoztatott elektronhullámok interferálnak, az interferencia a SQUID kritikus áramának az alkalmazott külső mágneses tértől való függéseként jelenik meg . A feszültség mezőtől való függésének periodikus jellege lehetővé teszi a mágneses fluxus egyedi kvantumainak kimutatását. A függőség periodikus formája abból adódik, hogy a Josephson-csomópontnál az elektronhullám fázisa megváltozik, ahol  egy egész szám.

A SQUID-ok típusai

Kétféle SQUID létezik: DC SQUID (kéttűs SQUID) és nagyfrekvenciás SQUID (egytűs SQUID). A DC SQUID-ot 1964-ben Robert Jaklevic, John J. Lambe, James Mercereau és Arnold Silver fizikusok találták fel. James Edward Zimmermannel együtt feltalálták a váltakozó áramú SQUID-ot [3] .

DC SQUID

A DC SQUID két párhuzamosan kapcsolt Josephson csomópontból áll. A bekapcsolást masszív szupravezetők végzik, amelyek a Josephson a és b átmenettel együtt zárt áramkört (gyűrűt) alkotnak. A gyűrű belsejébe egy tekercset helyeznek be, amely mágneses fluxust hoz létre.

A SQUID egyenáramú működését két Josephson-reláció írja le:

Ezek az összefüggések a stacionárius és nem stacionárius Josephson-effektust írják le . Látható, hogy a gyűrű legstabilabb szupravezető állapota a külső áramhoz képest azokban az esetekben lesz, amikor az interferométeren áthaladó teljes mágneses fluxus egyenlő a fluxuskvantumok egész számával . Ellenkezőleg, az az eset, amikor a teljes fluxus fél egész számú fluxuskvantumnak felel meg , instabil szupravezető állapotnak felel meg: elegendő jelentéktelen áramot alkalmazni az interferométerre, hogy az rezisztív állapotba kerüljön, és voltmérő az interferométer feszültségének érzékelésére.

AC SQUID (HF-SQUID)

A SQUID váltóáramú működése a nem stacionárius Josephson-effektuson alapul, és csak egy Josephson-érintkezőt használ. Az RF-SQUID a méréstechnikában általában nagyobb érzékenységet mutat a mérőtérfogatból (mintából) származó áramlás nagyobb átalakulása miatt. Olcsóbb és könnyebb kis mennyiségben előállítani. Az alapvető fizikával és a biomágnesesség méréseivel kapcsolatos kísérletek jelentős részét , beleértve az ultra-kis jelek mérését is, ac SQUID-ok segítségével végezték.

SQUID-ok használata

Az a kivételesen magas energiaérzékenység (a Planck -állandó töredékének nagyságrendjében ), amellyel a SQUID-ok a mágneses mezők mérése során rendelkeznek, új lehetőségeket nyitott meg az alapvető fizikai kísérletekben. Az egyik ilyen probléma az elektron elektromos dipólusmomentumának (EDM) lehetséges értékének becslése. Köztudott, hogy az elektronoknak elektromos töltésük és spinük van. A CP - és T - invariancia megsértésével járó hatások nem tiltják meg, hogy az elektronnak olyan elektromos töltéseloszlása ​​legyen, amely nem esik egybe a tömege eloszlásával, azaz elektromos dipólusmomentumával. Különböző modellek jósolják az EDM létezését egy elektronra 10–20 cm/elektrontöltés és 10–28 cm/elektrontöltés közötti szinten ,  de még  ennél is kevesebben. A SQUID-dal végzett megfelelő kísérletek azt mutatták, hogy az elektronok EDM-je kisebb, legalább 10-22  cm/elektrontöltés [4] . Ez az eredmény bekerült az elemi részecskék tulajdonságaival foglalkozó referenciakönyvekbe, és mára hasonló mérések egész sorát idézte elő.

A SQUID-ok teljes orvosi ( magnetoencephalográfia , magnetogasztrográfia , mágneses marker monitorozás, szívvizsgálat), műszaki ( mágneses magrezonancia ), bányászati ​​és geológiai ( geofizikai feltárás , kőzetek vizsgálatának paleomágneses módszere ) alkalmazási köre a mágneses fluxussal szembeni kivételesen nagy érzékenységen alapul . Vannak megfontolások a SQUID-ok kvantumszámítógépekben való qubitként való használatával kapcsolatban is .

Pásztázó SQUID mikroszkóp

A hagyományos magnetométerekkel ellentétben, amelyekben a SQUID-okat alacsony frekvenciájú vagy állandó mágneses tér passzív érzékelőjeként használják, az új mikroszkóp mikrohullámú frekvenciájú váltakozó áramot használ, amely a SQUID gyűrűn kering, amikor állandó feszültséget ( nem stacionárius Josephson-effektus ) alkalmaznak. annak Josephson csomópontjaihoz. A működés alapelve, hogy a SQUID gyűrűben könnyebben folyik a mikrohullámú áram, ha van mellette vezetőképes minta.

Kalmárok a sci-fiben

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ SQUID magnetométer .
  2. ↑ Ran, Shannon K'doah. Gravitációs szonda B: Einstein Univerzumának felfedezése giroszkópokkal  (angol) . - National Aeronautics and Space Administration , 2004. - P. 26. Archivált : 2016. március 3., a Wayback Machine
  3. ↑ J. Clarke és AI Braginski (szerk.). A SQUID kézikönyve  (neopr.) . - Wiley-Vch, 2004. - T. 1.
  4. ↑ B. V. Vasziljev, E. V. Kolicseva. Elektron elektromos dipólusmomentumának mérése kvantuminterferométerrel // Journal of Experimental and Theoretical Physics . - 1978. - 1. évf. 74. - S. 466-471 .

Irodalom

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
Bibliográfiai katalógusokban