Сверхпроводящие квантовые интерференционные устройства (SQUID) - одни из самых чувствительных детекторов магнитного поля, созданных человеком. Их применяют в системах визуализации мозга, научных приборах и продвинутых радиочастотных сенсорах. Но у SQUID есть давняя проблема: они плохо определяют момент, когда магнитное поле равно строго нулю.

До сих пор инженеры решали это, собирая сложные схемы из сотен или даже тысяч сверхпроводящих петель разного размера. Такой подход работал, но снижал общую чувствительность устройства. Команда из Университета Аделаиды (Австралия) нашла более простое решение.

Вместо того чтобы делать петли разными, исследователи оставили их одинаковыми, но часть заменили на "голые петли" - без джозефсоновских переходов, ключевого компонента традиционных SQUID. Такие петли меняют путь магнитных сигналов в схеме, создавая так называемый "синтетический разброс площадей". В итоге сенсор ведёт себя так, будто в нём много петель разного размера, хотя на самом деле их нет.

Работу опубликовали в журнале Physical Review Applied. Руководил исследованием Джузеппе Теттаманци, доцент Школы химической инженерии Университета Аделаиды; в команду также входили докторанты Росс Монаган и Джонатан Маренкович. Сначала учёные разработали теорию, а затем подтвердили эффект экспериментально на изготовленных сверхпроводящих схемах при очень низких температурах. Результаты совпали с предсказаниями.

"Десятилетиями учёные знали, как заставить эти устройства определять абсолютное магнитное поле, но для этого требовались компромиссы в конструкции, снижавшие производительность, - приводит слова Теттаманци пресс-релиз. - Наша работа показывает, что есть другой путь".

По словам исследователей, в перспективе подход может пригодиться в медицине, связи, промышленности и обороне. Среди возможных применений - улучшенные системы мониторинга мозга, более чувствительные радиочастотные приёмники, малошумные коммуникационные технологии и продвинутые платформы электромагнитного зондирования. Кроме того, новая конструкция может упростить и удешевить производство: отпадает необходимость изготавливать большие массивы петель разного размера.

Однако до коммерциализации технологии ещё далеко - требуются дальнейшие испытания. Концепция уже стала предметом международной патентной заявки, а исследования по улучшению характеристик устройств и поиску новых применений продолжаются.

Важно понимать: речь идёт о лабораторном результате, а не о готовом продукте. Учёные не утверждают, что технология уже готова к массовому внедрению, - они лишь сообщают о новом способе проектирования, который в будущем может приблизить практические квантовые сенсоры к пределу чувствительности.

Источник: Phys.org