Квантование Флюкса в Сверхпроводящем Контуре (SQUID)

Понимание квантования потока в суперпроводящем петле (SQUID)

Квантование потока в сверхпроводящих петлях является увлекательным явлением, возникающим из квантовомеханической природы сверхпроводников. Это 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, квантизирован в целых кратных магнитному квантовому потоку (Φ₀).

Формула

Формула для расчета квантования потока выглядит следующим образом:

( { magneticFlux }) => Math.round(магнитныйFlux / магнитныйFluxQuantum)

Где:

• магнитный поток (Φ) Магнитный поток через сверхпроводящее кольцо, измеряемый в веберах (Вт).
• магнитный квант потока (Φ₀) Квант магнитного потока, фундаментальная постоянная, примерно равная 2.067833848 x 10^-15 Веб.

Пример расчета

Допустим, у вас есть магнитный поток 4.1357 x 10^-15 Согласитесь. Используя нашу формулу:

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

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

n = Math.round(магнитный_поток / квант_магнитного_потока)

Подстановка значений:

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

Следовательно:

n = 2

Итак, магнитный поток квантуется в 2 квантов потока.

Применения СКУИДов

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

• Медицинская визуализация: Использование таких методов, как магнитно энцефалография (МЭГ), для картирования активности мозга.
• Геофизика: Обнаружение незначительных изменений в магнитном поле Земли.
• Материаловедение: Изучение сверхпроводящих материалов и их свойств.

Часто задаваемые вопросы

В: Каково значение квантизации потока?

Квантование потока имеет решающее значение для работы SQUID'ов, позволяя им обнаруживать магнитные поля с чрезвычайно высокой точностью.

Насколько малы магнитные поля, которые могут измерять SQUID'ы?

A: SQUID могут измерять магнитные поля с точностью до 5 x 10^-18 T, который действительно чрезвычайно крошечный.

В: Есть ли практические трудности в использовании SQUID устройств?

A: Да, SQUID у необходимо работать при очень низких температурах, близких к абсолютному нулю, что требует сложных криогенных систем.