Flussquantisierung in supraleitender Schleife (SQUID)

Verstehen-der-Flussquantisierung-in-einer-supraleitenden-Schleife-(SQUID)

Die-Flussquantisierung-in-supraleitenden-Schleifen-ist-ein-faszinierendes-Phänomen,-das-aus-der-quantenmechanischen-Natur-von-Supraleitern-entsteht.-Es-ist-besonders-wichtig-in-Geräten-namens-supraleitende-Quanteninterferenzgeräte-(SQUIDs),-die-äußerst-empfindliche-Magnetometer-sind.

Das-Konzept

Im-Kern-der-Flussquantisierung-steht-die-Quantisierung-des-magnetischen-Flusses.-In-einer-supraleitenden-Schleife-ist-der-gesamte-magnetische-Fluss-(Φ),-der-durch-die-Schleife-fließt,-in-ganzzahlige-Vielfache-des-magnetischen-Flussquants-(Φ₀)-quantisiert.

Die-Formel

Die-Formel-zur-Berechnung-der-Flussquantisierung-lautet-wie-folgt:

(-{-magnetischerFluss-})-=>-Math.round(magnetischerFluss-/-magnetischesFlussquant)

Wo:

• magnetischerFluss-(Φ)---Der-magnetische-Fluss-durch-die-supraleitende-Schleife,-gemessen-in-Weber-(Wb).
• magnetischesFlussquant-(Φ₀)---Das-Quanten-des-magnetischen-Flusses,-eine-fundamentale-Konstante,-die-ungefähr-2.067833848-x-10^-15-Wb-beträgt.

Beispielberechnung

Nehmen-wir-an,-Sie-haben-einen-magnetischen-Fluss-von-4.1357-x-10^-15-Wb.-Mit-unserer-Formel:

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

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

n-=-Math.round(magnetischerFluss-/-magnetischesFlussquant)

Die-Werte-einsetzend:

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-Anwendungen-in-verschiedenen-Bereichen,-darunter:

• Medizinische-Bildgebung:-Nutzung-von-Techniken-wie-der-Magnetoenzephalographie-(MEG),-um-die-Gehirnaktivität-zu-kartieren.
• Geophysik:-Erkennung-winziger-Veränderungen-im-Erdmagnetfeld.
• Materialwissenschaft:-Untersuchung-von-supraleitenden-Materialien-und-ihren-Eigenschaften.

FAQ

F:-Was-ist-die-Bedeutung-der-Flussquantisierung?

A:-Die-Flussquantisierung-ist-entscheidend-für-den-Betrieb-von-SQUIDs-und-ermöglicht-es-ihnen,-Magnetfelder-mit-außerordentlich-hoher-Präzision-zu-erkennen.

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

A:-SQUIDs-können-Magnetfelder-messen,-die-so-klein-sind-wie-5-x-10^-18-T,-was-in-der-Tat-äußerst-winzig-ist.

F:-Gibt es praktische Herausforderungen bei der Nutzung von SQUIDs?

A: Ja, SQUIDs müssen bei sehr niedrigen Temperaturen, nahe dem absoluten Nullpunkt, betrieben werden, was anspruchsvolle kryogene Systeme erfordert.

Tags: Physik, Supraleitung, Quantenmechanik