Quantização de fluxo em laço supercondutor (SQUID)

Compreendendo a Quantização do Fluxo em um Laço Supercondutor (SQUID)

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

O Conceito

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

A Fórmula

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

( { magneticFlux }) => Math.round(fluxoMagnético / quantumFluxoMagnético)

Onde:

• fluxoMagnético (Φ) O fluxo magnético através do laço supercondutor, medido em Webers (Wb).
• quantum de fluxo magnético (Φ₀Por favor, forneça o texto que você gostaria de traduzir. O quantum de fluxo magnético, uma constante fundamental aproximadamente igual a 2.067833848 x 10^-15 Wb.

Exemplo de Cálculo

Vamos supor que você tenha um fluxo magnético de 4,1357 x 10^-15 Oi. Usando nossa fórmula:

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

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

n = Math.round(fluxoMagnético / quantumFluxoMagnético)

Substituindo os valores:

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

Portanto:

n = 2

Então, o fluxo magnético se quantiza 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 várias áreas, incluindo:

• Imagem Médica: Usando técnicas como Magnetoencefalografia (MEG) para mapear a atividade cerebral.
• Geofísica Detectando mudanças minuciosas no campo magnético da Terra.
• Ciência dos Materiais: Estudando materiais supercondutores e suas propriedades.

Perguntas Frequentes

A quantização do fluxo tem grande importância em várias áreas da física, especialmente na mecânica quântica e na física dos supercondutores. Ela refere se ao fato de que o fluxo magnético através de uma superfície fechada é quantizado em múltiplos inteiros de uma constante fundamental, como a constante de Planck. Isso leva a várias consequências, incluindo a formação de estados quânticos bem definidos em supercondutores e a relação entre corrente elétrica e fluxo magnético, que é central em dispositivos como qubits em computação quântica. Essa quantização é fundamental para a compreensão de fenômenos como a eficácia de corrente em circuitos quânticos e a transição de fase em sistemas supercondutores.

A: A quantização de fluxo é crucial para o funcionamento dos SQUIDs, permitindo que eles detectem campos magnéticos com precisão extraordinariamente alta.

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

A: SQUIDs podem medir campos magnéticos tão pequenos quanto 5 x 10^-18 T, que é de fato extremamente minúsculo.

Q: Existem desafios práticos no uso de SQUIDs?

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