Bẫy từ giữ cho vi cầu siêu dẫn bay lên và ổn định – Physics World

Bẫy từ giữ cho vi cầu siêu dẫn bay lên và ổn định – Physics World

Dấu thời gian: ngày 7 tháng 2023 năm 7 00:XNUMX sáng

Ảnh quả cầu vật liệu siêu dẫn có đường kính 48 um, giống như một ổ bi nhỏ đang bay phía trên một con chip có dây bên trong
Người bay siêu nhỏ: Trong bức ảnh chụp thí nghiệm này, mũi tên đánh dấu vị trí của hạt có đường kính 48µm. Phép lịch sự: W Wieczorek

Nó có thể trông không giống lắm, nhưng hạt bay nhỏ bé này có thể là chìa khóa cho một thế hệ cảm biến lượng tử mới. Sử dụng một bẫy từ tính được thiết kế cẩn thận, các nhà vật lý ở Thụy Điển và Áo đã thành công trong việc đưa một vật thể 48-μcầu đường kính m của vật liệu siêu dẫn và giữ cho nó đủ ổn định để mô tả chuyển động của nó – một thành tựu mà họ mô tả là “bước quan trọng đầu tiên” hướng tới việc sử dụng vị trí của quả cầu để tạo ra các trạng thái lượng tử. Các trạng thái lượng tử dựa trên vị trí như vậy có thể có ứng dụng trong một số lĩnh vực, bao gồm đo lường và tìm kiếm vật chất tối bí ẩn được cho là chiếm 85% khối lượng của vũ trụ.

Để nâng kính hiển vi của họ lên, nhóm nghiên cứu cần vượt qua cả lực hấp dẫn và lực hấp dẫn van der Waals nếu không sẽ giữ kính hiển vi dính vào bề mặt. Họ đã làm điều này bằng cách xây dựng một bẫy từ dựa trên con chip từ các dây làm bằng niobi, chất này trở thành chất siêu dẫn ở nhiệt độ thấp. Cái bẫy này tạo ra “cảnh quan” từ trường cần thiết để nâng kính hiển vi siêu dẫn lên thông qua cơ chế được gọi là trục xuất trường trạng thái Meissner, trong đó các dòng điện phát sinh trong chất siêu dẫn hoàn toàn ngược lại với từ trường bên ngoài.

bay ổn định

“Chìa khóa thành công của chúng tôi là đạt được cường độ từ trường đủ cao để bắt đầu bay lên và giữ cho nó ổn định,” trưởng nhóm giải thích Wilf Wieczorek của Viện Công nghệ Chalmers ở Thủy Điển. “Để làm được điều đó, chúng tôi phải truyền dòng điện 0.5 A ở nhiệt độ millikelvin xuyên suốt quá trình thiết lập mà không làm nóng thí nghiệm.”

Sự bay lên vẫn ổn định trong một khoảng thời gian nhiều ngày. Trong thời gian này, các nhà nghiên cứu từ Chalmers và Viện Quang lượng tử và Thông tin lượng tử (IQOQI) trong Viện hàn lâm khoa học Áo đã đo chuyển động khối tâm của hạt bằng cách sử dụng từ kế thiết bị giao thoa lượng tử siêu dẫn DC (SQUID) tích hợp. Họ đã làm điều này trong khi liên tục điều chỉnh tần số của thế bẫy từ trong khoảng từ 30 đến 160 Hz, cho phép họ mô tả biên độ chuyển động của hạt như là một hàm của những thay đổi tần số này.

Cảm biến lực và gia tốc nhạy hơn

Wieczorek và các đồng nghiệp cho biết thí nghiệm của họ có thể giúp phát triển các cảm biến lực và gia tốc tốt hơn. Wieczorek nói: “Công việc của chúng tôi là bước quan trọng đầu tiên để tạo ra các trạng thái lượng tử ở vị trí của hạt có kích thước micromet. Thế giới vật lý. “Nó mở đường cho việc ghép chuyển động của hạt với các mạch lượng tử siêu dẫn, điều này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc tạo ra trạng thái lượng tử cho chuyển động của các hạt.”

Về lâu dài, Wieczorek nói rằng nền tảng của nhóm có thể được phát triển thành một cảm biến gia tốc và lực chính xác với các ứng dụng trong tìm kiếm vật chất tối. Các thiết bị được sử dụng trong các cuộc tìm kiếm như vậy phải có độ nhạy cao để có hy vọng phát hiện ra sự dịch chuyển do vật chất tối, thứ được cho là chỉ tương tác yếu với vật chất thông thường, thông qua lực hấp dẫn.

Wieczorek và các đồng nghiệp, những người báo cáo kỹ thuật mới của họ trong Đánh giá vật lý, nói rằng bây giờ họ sẽ cố gắng giảm biên độ chuyển động của các hạt vi cầu của họ bằng cách cải thiện một số khía cạnh kỹ thuật trong các thí nghiệm của họ. Điều này có thể bao gồm cài đặt cách ly đông lạnh thụ động và sử dụng các kỹ thuật làm mát dựa trên phản hồi thường được sử dụng trong lĩnh vực cơ học khoang.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý