Квантование Флюкса в Сверхпроводящем Контуре (SQUID)

Понимание квантования потока в сверхпроводящей петле (СКВИД)

Квантование потока в сверхпроводящих петлях — это увлекательное явление, возникающее из квантово-механической природы сверхпроводников. Оно особенно существенно в устройствах, называемых сверхпроводящими квантовыми интерференционными устройствами (СКВИД), которые являются невероятно чувствительными магнитометрами.

Концепция

В основе квантования потока лежит квантование магнитного потока. В сверхпроводящей петле полный магнитный поток (Φ), проходящий через петлю, квантуется в целых кратных кванта магнитного потока (Φ₀).

Формула

Формула для расчета квантования потока выглядит следующим образом:

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

Где:

• magneticFlux (Φ) - магнитный поток через сверхпроводящую петлю, измеряемый в Веберах (Вб).
• magneticFluxQuantum (Φ₀) - квант магнитного потока, фундаментальная константа, приблизительно равная 2,067833848 x 10^-15 Вб.

Пример Расчет

Допустим, у вас есть магнитный поток 4,1357 x 10^-15 Вб. 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))

Следовательно:

n = 2

Итак, магнитный поток квантуется в 2 кванта потока.

Применения СКВИДы

СКВИДы используют квантование потока для измерения чрезвычайно малых магнитных полей. Они находят применение в различных областях, включая:

• Медицинская визуализация: использование таких методов, как магнитоэнцефалография (МЭГ), для картирования активности мозга.
• Геофизика: обнаружение мельчайших изменений в магнитном поле Земли.
• Материаловедение: изучение сверхпроводящих материалов и их свойств.

Часто задаваемые вопросы

В: Каково значение квантования потока?

A: Квантование потока имеет решающее значение для работы СКВИДов, позволяя им обнаруживать магнитные поля с необычайно высокой точностью.

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

A: СКВИДы могут измерять магнитные поля величиной до 5 x 10^-18 Тл, что действительно чрезвычайно крошечный.

В: Существуют ли какие-либо практические проблемы при использовании СКВИДов?

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