Quantização de fluxo em laço supercondutor (SQUID)

Compreendendo a quantização de fluxo em um loop supercondutor (SQUID)

A quantização de fluxo em loops supercondutores é um fenômeno fascinante que surge da natureza mecânica quântica dos supercondutores. É particularmente essencial em dispositivos chamados Dispositivos de Interferência Quântica Supercondutores (SQUIDs), que são magnetômetros incrivelmente sensíveis.

O Conceito

No cerne da quantização de fluxo está a quantização do fluxo magnético. Em um loop supercondutor, o fluxo magnético total (Φ) que passa pelo loop é quantizado em múltiplos inteiros do quantum do fluxo magnético (Φ₀).

A fórmula

A fórmula para calcular a quantização do fluxo é a seguinte:

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

Onde:

• magneticFlux (Φ) - O fluxo magnético através do loop supercondutor, medido em Webers (Wb).
• magneticFluxQuantum (Φ₀) - O quantum do fluxo magnético, uma constante fundamental aproximadamente igual a 2,067833848 x 10^-15 Wb.

Exemplo Cálculo

Digamos que você tem um fluxo magnético de 4,1357 x 10^-15 Wb. Usando nossa fórmula:

magneticFluxQuantum = 2,067833848 * Math.pow(10, -15)

magneticFlux = 4,1357 * Math.pow(10, -15)

n = Math.round(magneticFlux / magneticFluxQuantum)

Substituindo os valores:

n = Math.round(4,1357 * Math.pow(10, -15) / 2,067833848 * Math.pow(10, -15))

Portanto:

n = 2

Portanto, o fluxo magnético é quantizado em 2 quanta de fluxo.

Aplicações de SQUIDs

Os SQUIDs aproveitam a quantização de fluxo para medir campos magnéticos extremamente pequenos. Eles encontram aplicações em vários campos, incluindo:

• Imagem médica: Uso de técnicas como Magnetoencefalografia (MEG) para mapear a atividade cerebral.
• Geofísica: Detectar pequenas mudanças no campo magnético da Terra.
• Ciência dos materiais: Estudar materiais supercondutores e suas propriedades.

Perguntas frequentes

P: Qual é o significado da quantização de fluxo?

R: A quantização de fluxo é crucial para a operação de SQUIDs, permitindo que eles detectem campos magnéticos com precisão extraordinariamente alta.

P: Quão pequenos são os campos magnéticos que os SQUIDs podem medir?

R: Os SQUIDs podem medir campos magnéticos tão pequenos quanto 5 x 10^-18 T, o que é realmente extremamente minúsculo.

P: há algum desafio prático no uso de SQUIDs?

R: Sim, os SQUIDs precisam operar em temperaturas muito baixas, próximas do zero absoluto, o que requer sistemas criogênicos sofisticados.