Flussquantisierung in supraleitender Schleife (SQUID)

Flussquantisierung in einer supraleitenden Schleife (SQUID) verstehen

Flussquantisierung in supraleitenden Schleifen ist ein faszinierendes Phänomen, das aus der quantenmechanischen Natur von Supraleitern resultiert. Sie ist besonders wichtig in Geräten, die als supraleitende Quanteninterferenzgeräte (SQUIDs) bezeichnet werden und unglaublich empfindliche Magnetometer sind.

Das Konzept

Der Kern der Flussquantisierung ist die Quantisierung des magnetischen Flusses. In einer supraleitenden Schleife wird der gesamte magnetische Fluss (Φ), der durch die Schleife fließt, in ganzzahligen Vielfachen des magnetischen Flussquants (Φ₀) quantisiert.

Die Formel

Die Formel zur Berechnung der Flussquantisierung lautet wie folgt:

( { magneticFlux }) => Math.round(magneticFlux / magneticFluxQuantum)

Wobei:

• magneticFlux (Φ) - Der magnetische Fluss durch die supraleitende Schleife, gemessen in Weber (Wb).
• magneticFluxQuantum (Φ₀) - Das Quant des magnetischen Flusses, eine Naturkonstante, die ungefähr 2,067833848 x 10^-15 Wb entspricht.

Beispiel Berechnung

Nehmen wir an, Sie haben einen magnetischen Fluss von 4,1357 x 10^-15 Wb. Mit unserer Formel:

magneticFluxQuantum = 2.067833848 * Math.pow(10, -15)

magneticFlux = 4.1357 * Math.pow(10, -15)

n = Math.round(magneticFlux / magneticFluxQuantum)

Ersetzen der Werte:

n = Math.round(4.1357 * Math.pow(10, -15) / 2.067833848 * Math.pow(10, -15))

Daher:

n = 2

Der magnetische Fluss quantisiert sich also in 2 Flussquanten.

Anwendungen von SQUIDs

SQUIDs nutzen die Flussquantisierung, um extrem kleine Magnetfelder zu messen. Sie finden Anwendung in verschiedenen Bereichen, darunter:

• Medizinische Bildgebung: Verwendung von Techniken wie der Magnetoenzephalografie (MEG) zur Kartierung der Gehirnaktivität.
• Geophysik: Erkennen winziger Änderungen im Magnetfeld der Erde.
• Materialwissenschaften: Untersuchung supraleitender Materialien und ihrer Eigenschaften.

FAQ

F: Welche Bedeutung hat die Flussquantisierung?

A: Die Flussquantisierung ist für den Betrieb von SQUIDs von entscheidender Bedeutung, da sie es ihnen ermöglicht, Magnetfelder mit außerordentlich hoher Präzision zu erkennen.

F: Wie klein sind die Magnetfelder, die SQUIDs messen können?

A: SQUIDs können Magnetfelder von nur 5 x 10^-18 T messen, was in der Tat extrem klein ist.

F: Gibt es praktische Herausforderungen bei der Verwendung SQUIDs?

A: Ja, SQUIDs müssen bei sehr niedrigen Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt arbeiten, was hochentwickelte kryogene Systeme erfordert.