BLÆKSPRUTTE

blæksprutte _ _  _ _ _  _ _ _ _  _ _ _ _ _ SQUID-magnetometre har en rekordhøj følsomhed og når 5⋅10 −33  J/Hz (magnetisk feltfølsomhed er 10 −13  T) [1] . For langtidsmålinger af gennemsnitsværdier over flere dage kan følsomhedsværdier på 5⋅10 −18  T opnås [2] .

Sådan virker det

Det enkleste kvantemagnetometer , SQUID, er en superledende ring med to Josephson - tunnelforbindelser. Processerne, der forekommer i en sådan enhed, er på en måde en analog af optisk interferens på to spalter, kun i dette tilfælde er det ikke lysbølger, der forstyrrer, men to Josephson-strømme. Væsentligt for at forstå driften af ​​en SQUID er tilstedeværelsen af ​​bølgeegenskaber af en elektron - i en SQUID er de Broglie-bølgerne af elektroner opdelt i to, som hver passerer sin egen tunnelkontakt , og derefter konvergerer begge bølger sammen. I mangel af et eksternt felt vil begge grene være ækvivalente, og begge bølger vil ankomme i samme fase. Men i nærvær af et magnetisk felt flow gennem kredsløbet, vil en cirkulerende superledende strøm blive induceret i det . Denne strøm i en af ​​kontakterne vil blive trukket fra den ydre jævnstrøm, og i den anden vil den blive tilføjet til den. Nu vil de to grene have forskellige strømme, og der vil være en faseforskel mellem bølgerne gennem tunnelkontakterne . Bølger af elektroner, der har passeret gennem kontakterne og forbundet, vil forstyrre, interferensen vil fremstå som en afhængighed af den kritiske SQUID-strøm på det påførte eksterne magnetfelt . Den periodiske karakter af spændingens afhængighed af feltet gør det muligt at detektere individuelle kvanta af den magnetiske flux. Den periodiske form for afhængigheden opstår på grund af ændringen i fasen af ​​elektronbølgen ved Josephson-krydset med hvor  er et heltal.

Typer af SQUID'er

Der er to typer SQUID'er - DC SQUID (to-benet SQUID) og højfrekvent SQUID (single-pin SQUID). DC SQUID blev opfundet i 1964 af fysikerne Robert Jaklevic, John J. Lambe, James Mercereau og Arnold Silver. De opfandt sammen med James Edward Zimmerman SQUID på vekselstrøm [3] .

DC SQUID

DC SQUID består af to Josephson junctions, der er forbundet parallelt. Tændingen udføres af massive superledere, som sammen med Josephson-forbindelserne a og b danner en lukket sløjfe (ring). En spole er indsat inde i denne ring, som skaber en magnetisk flux.

Driften af ​​en SQUID ved jævnstrøm er beskrevet af to Josephson-relationer:

Disse relationer beskriver henholdsvis den stationære og ikke-stationære Josephson-effekt . Det kan ses, at den mest stabile superledende tilstand af ringen med hensyn til den eksterne strøm vil være i tilfælde, hvor den totale magnetiske flux gennem interferometeret er lig med et helt tal af fluxkvanter . Tværtimod, det tilfælde, hvor den totale flux er lig med et halvt heltal af fluxkvanter, svarer til en ustabil superledende tilstand: det er nok at påføre en ubetydelig strøm til interferometeret for at det går over i en resistiv tilstand og for at voltmeter til at registrere spændingen på interferometeret.

AC SQUID (HF-SQUID)

Driften af ​​SQUID på vekselstrøm er baseret på den ikke-stationære Josephson-effekt og bruger kun én Josephson-kontakt. RF-SQUID i måleteknologi viser normalt højere følsomhed på grund af højere transformation af flowet fra målevolumenet (prøven). Det er billigere og nemmere at producere i små mængder. En væsentlig del af eksperimenterne i fundamental fysik og målinger i biomagnetisme , herunder måling af ultrasmå signaler, er blevet udført ved hjælp af ac SQUID'er.

Brug af SQUID'er

Den usædvanligt høje energifølsomhed (i størrelsesordenen brøkdele af Plancks konstant ), som SQUID'er har, når de måler magnetiske felter, har åbnet for nye muligheder i fundamentale fysikforsøg. Et af disse problemer er at estimere den mulige værdi af det elektriske dipolmoment (EDM) af en elektron. Det er velkendt, at elektroner har en elektrisk ladning og spin. Effekterne forbundet med overtrædelsen af ​​CP - og T - invariansen forhindrer ikke elektronen i at have en elektrisk ladningsfordeling, der ikke falder sammen med fordelingen af ​​dens masse, det vil sige et elektrisk dipolmoment. Forskellige modeller forudsiger eksistensen af ​​en EDM for en elektron på et niveau fra 10 -20  cm pr. elektronladning til 10 -28  cm pr. elektronladning, og muligvis endnu mindre. Tilsvarende eksperimenter med SQUID viste, at elektronernes EDM er mindre, mindst 10-22  cm pr. elektronladning [4] . Dette resultat er blevet inkluderet i opslagsbøger om egenskaberne af elementarpartikler og har nu forårsaget en hel række lignende målinger.

Hele rækken af ​​medicinske ( magnetoencefalografi , magnetogastrografi , magnetisk markørovervågning, hjerteundersøgelse), teknisk ( kernemagnetisk resonans ), minedrift og geologisk ( geofysisk udforskning , palæomagnetisk metode til at studere klipper) applikationer af SQUID'er er afhængig af usædvanlig høj følsomhed over for magnetisk flux . Der er også overvejelser vedrørende brugen af ​​SQUID'er i en kvantecomputer som qubits .

Scanning SQUID mikroskop

I modsætning til traditionelle magnetometre, hvor SQUID'er bruges som passive sensorer af et lavfrekvent eller konstant magnetfelt, bruger det nye mikroskop en mikrobølgefrekvens vekselstrøm, der cirkulerer gennem SQUID-ringen, når en konstant spænding ( ikke-stationær Josephson-effekt ) påføres til dets Josephson-kryds. Det grundlæggende funktionsprincip er, at mikrobølgestrømmen flyder lettere i SQUID-ringen, når der er en ledende prøve ved siden af ​​den.

SQUIDs i science fiction

Se også

Noter

  1. ↑ SQUID magnetometer .
  2. ↑ Ran, Shannon K'doah. Gravity Probe B: Udforskning af Einsteins univers med gyroskoper  (engelsk) . - National Aeronautics and Space Administration , 2004. - S. 26. Arkiveret 3. marts 2016 på Wayback Machine
  3. ↑ J. Clarke og AI Braginski (red.). SQUID-håndbogen  (neopr.) . - Wiley-Vch, 2004. - T. 1.
  4. ↑ B. V. Vasiliev, E. V. Kolycheva. Måling af det elektriske dipolmoment af en elektron ved hjælp af et kvanteinterferometer // Journal of Experimental and Theoretical Physics . - 1978. - Bd. 74. - S. 466-471 .

Litteratur

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger