Квантование Флюкса в Сверхпроводящем Контуре (SQUID)

Понимание квантизации потока в сверхпроводящих кольцах (SQUID)

Квантизация потока в сверхпроводящих контурах — это увлекательное явление, возникающее из за квантовомеханической природы сверхпроводников. Оно особенно важно в устройствах, называемых сверхпроводящими квантовыми интерференционными устройствами (SQUID), которые являются невероятно чувствительными магнитометрами.

Концепция

В основе квантизации потока лежит квантизация магнитного потока. В сверхпроводящем контуре общий магнитный поток (Φ), проходящий через контур, квантуется в целых кратных квантах магнитного потока (Φ₀).

Формула

Формула для расчета квантизации потока выглядит следующим образом:

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

Где:

• magneticFlux (Φ) Магнитный поток через сверхпроводящий контур, измеряемый в веберах (Wb).
• magneticFluxQuantum (Φ₀) Квант магнитного потока, фундаментальная постоянная, приблизительно равная 2.067833848 x 10 ¹⁵ Wb.

Пример расчета

Предположим, у вас есть магнитный поток 4.1357 x 10 ¹⁵ Wb. Используя нашу формулу:

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

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

n = Math.round(magneticFlux / magneticFluxQuantum)

Подставляем значения:

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

Таким образом:

n = 2

Так, магнитный поток квантуется в 2 кванта потока.

Применения SQUID

SQUID использует квантизацию потока для измерения чрезвычайно малых магнитных полей. Они находят применение в различных областях, включая:

• Медицинская визуализация: Используя такие методы, как магнитоэнцефалография (MEG) для картирования активности мозга.
• Геофизика: Обнаружение мельчайших изменений магнитного поля Земли.
• Материаловедение: Исследование сверхпроводящих материалов и их свойств.

FAQ

В: Какое значение имеет квантизация потока?

О: Квантизация потока имеет решающее значение для работы SQUID, позволяя им обнаруживать магнитные поля с исключительно высокой точностью.

В: Насколько малы магнитные поля, которые могут измерять SQUID?

О: SQUID могут измерять магнитные поля размером до 5 x 10 ¹⁸ Т, что действительно чрезвычайно мало.

В: Существуют ли какие либо практические проблемы при использовании SQUID?

О: Да, SQUID должны работать при очень низких температурах, близких к абсолютному нулю, что требует сложных криогенных систем.