Физики улучшили квантовые датчики для измерения слабых магнитных полей
Ученые разработали новую конструкцию квантовых датчиков, позволяющую точнее определять магнитные поля без снижения чувствительности устройств. В будущем технология может улучшить оборудование для исследования мозга, медицинской диагностики и систем связи.
Источник: Новости науки
МОСКВА, 28 октября. /Новости науки/. Австралийские физики нашли способ точнее измерять магнитные поля с помощью квантовых датчиков, сохраняя их высокую чувствительность. Об этом говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review Applied.
Новая разработка решает одну из давних проблем сверхчувствительных магнитных датчиков. Такие устройства способны обнаруживать чрезвычайно слабые магнитные сигналы, однако им сложно точно определять нулевое значение магнитного поля, необходимое для правильных измерений. Ранее решение этой проблемы требовало усложнения конструкции, что ограничивало чувствительность приборов.
Для исследования специалисты использовали сверхпроводящие квантовые датчики, известные как СКВИДы. Их работа основана на свойствах материалов, которые при очень низких температурах способны проводить электрический ток без сопротивления. Благодаря этому такие устройства могут обнаруживать даже незначительные изменения магнитного поля, которые трудно измерить обычными приборами.
До сих пор для точного определения магнитного поля инженерам приходилось создавать сложные системы из сотен или даже тысяч сверхпроводящих контуров разного размера. Такие конструкции позволяли проводить необходимые измерения, но одновременно снижали чувствительность датчиков и усложняли их производство.
Австралийские физики предложили использовать контуры одинакового размера, часть которых не содержит специальных элементов, называемых джозефсоновскими переходами. Эти элементы играют важную роль в работе сверхпроводящих квантовых устройств. Их отсутствие в отдельных контурах позволило изменить характеристики всей системы.
Выяснилось, что при таком расположении контуров датчик реагирует на магнитное поле так, словно состоит из элементов разного размера. Благодаря этому можно определять абсолютное значение магнитного поля, включая его нулевой уровень, без необходимости использовать сложные конструкции, ограничивающие чувствительность прибора.
Новая технология может улучшить медицинскую диагностику
Чтобы проверить разработку, специалисты сначала создали математическую модель работы новой конструкции. Затем они изготовили экспериментальные сверхпроводящие устройства и испытали их при очень низких температурах. Полученные результаты подтвердили правильность теоретических расчетов.
Одним из перспективных направлений применения технологии исследователи называют медицинскую диагностику. Сверхчувствительные магнитные датчики используются в системах, которые регистрируют слабые магнитные поля, возникающие при работе головного мозга. Совершенствование таких устройств в будущем может помочь повысить качество измерений и расширить возможности исследования мозговой активности.
Кроме того, технология может найти применение в радиоприемниках, системах связи и научном оборудовании для обнаружения слабых электромагнитных сигналов. Более простая конструкция также потенциально позволит снизить стоимость производства подобных устройств.
Новая разработка решает одну из давних проблем сверхчувствительных магнитных датчиков. Такие устройства способны обнаруживать чрезвычайно слабые магнитные сигналы, однако им сложно точно определять нулевое значение магнитного поля, необходимое для правильных измерений. Ранее решение этой проблемы требовало усложнения конструкции, что ограничивало чувствительность приборов.
Для исследования специалисты использовали сверхпроводящие квантовые датчики, известные как СКВИДы. Их работа основана на свойствах материалов, которые при очень низких температурах способны проводить электрический ток без сопротивления. Благодаря этому такие устройства могут обнаруживать даже незначительные изменения магнитного поля, которые трудно измерить обычными приборами.
До сих пор для точного определения магнитного поля инженерам приходилось создавать сложные системы из сотен или даже тысяч сверхпроводящих контуров разного размера. Такие конструкции позволяли проводить необходимые измерения, но одновременно снижали чувствительность датчиков и усложняли их производство.
Австралийские физики предложили использовать контуры одинакового размера, часть которых не содержит специальных элементов, называемых джозефсоновскими переходами. Эти элементы играют важную роль в работе сверхпроводящих квантовых устройств. Их отсутствие в отдельных контурах позволило изменить характеристики всей системы.
Выяснилось, что при таком расположении контуров датчик реагирует на магнитное поле так, словно состоит из элементов разного размера. Благодаря этому можно определять абсолютное значение магнитного поля, включая его нулевой уровень, без необходимости использовать сложные конструкции, ограничивающие чувствительность прибора.
Новая технология может улучшить медицинскую диагностику
Чтобы проверить разработку, специалисты сначала создали математическую модель работы новой конструкции. Затем они изготовили экспериментальные сверхпроводящие устройства и испытали их при очень низких температурах. Полученные результаты подтвердили правильность теоретических расчетов.
Одним из перспективных направлений применения технологии исследователи называют медицинскую диагностику. Сверхчувствительные магнитные датчики используются в системах, которые регистрируют слабые магнитные поля, возникающие при работе головного мозга. Совершенствование таких устройств в будущем может помочь повысить качество измерений и расширить возможности исследования мозговой активности.
Кроме того, технология может найти применение в радиоприемниках, системах связи и научном оборудовании для обнаружения слабых электромагнитных сигналов. Более простая конструкция также потенциально позволит снизить стоимость производства подобных устройств.
