Блог

Sep 03, 2023

Магнитная ловушка удерживает сверхпроводящую микросферу в воздухе и в стабильном состоянии.

Возможно, это выглядит не так уж и много, но эта крошечная парящая частица может быть ключом к успеху.

Возможно, это выглядит не так уж и много, но эта крошечная левитирующая частица может стать ключом к созданию квантовых датчиков нового поколения. Используя тщательно сконструированную магнитную ловушку, физики из Швеции и Австрии сумели поднять в воздух сферу из сверхпроводящего материала диаметром 48 мкм и сохранить ее достаточно стабильной, чтобы охарактеризовать ее движение. Это достижение они называют «важным первым шагом» на пути к использованию магнитной ловушки. возможность создавать квантовые состояния. Такие квантовые состояния, основанные на положении, могут найти применение в нескольких областях, включая метрологию и поиск загадочной темной материи, которая, как считается, составляет 85% массы Вселенной.

Чтобы поднять микросферу в воздух, команде пришлось преодолеть как гравитацию, так и силу притяжения Ван-дер-Ваальса, которая в противном случае удерживала бы микросферу приклеенной к поверхности. Они сделали это, сконструировав магнитную ловушку на основе чипа из проводов из ниобия, который при низких температурах становится сверхпроводником. Эта ловушка создает «ландшафт» магнитного поля, необходимый для левитации сверхпроводящей микросферы с помощью механизма, известного как вытеснение поля в состоянии Мейсснера, при котором токи, возникающие в сверхпроводнике, полностью противодействуют внешнему магнитному полю.

«Ключом к нашему успеху было достижение достаточно высокой напряженности магнитного поля, чтобы инициировать левитацию и поддерживать ее стабильность», — объясняет руководитель группы Вилеф Вичорек из Технологического института Чалмерса в Швеции. «Для этого нам пришлось пропустить через установку ток силой 0,5 А при температуре милликельвина, не нагревая эксперимент».

Левитация оставалась стабильной в течение нескольких дней. За это время исследователи из Чалмерса и Института квантовой оптики и квантовой информации (IQOQI) Австрийской академии наук измерили движение центра масс частицы с помощью интегрированного магнитометра сверхпроводящего квантового интерференционного устройства постоянного тока (SQUID). Они сделали это, постоянно настраивая частоту потенциала магнитного захвата от 30 до 160 Гц, что позволило им охарактеризовать амплитуду движения частицы как функцию этих сдвигов частоты.

Вечорек и его коллеги говорят, что их эксперимент может позволить разработать более совершенные датчики силы и ускорения. «Наша работа — это важный первый шаг к созданию квантовых состояний наподобие частицы микрометрового размера», — рассказал Вечорек в интервью Physics World. «Это открывает путь к соединению движения частицы со сверхпроводящими квантовыми цепями, что облегчит генерацию квантового состояния движения частиц».

Квантовый датчик сжимает пространство параметров темной материи

В долгосрочной перспективе, по словам Вечорека, платформу команды можно превратить в точный датчик силы и ускорения, который можно будет использовать в поисках темной материи. Инструменты, используемые в таких поисках, должны быть очень чувствительными, чтобы иметь хоть какую-то надежду обнаружить сдвиги, вызванные темной материей, которая, как полагают, взаимодействует с обычной материей лишь слабо, через силу гравитации.

Вечорек и его коллеги, опубликовавшие свою новую технику в журнале Physical Review Applied, говорят, что теперь они попытаются уменьшить амплитуду движения своих микросфер, улучшив некоторые технические аспекты своих экспериментов. Это может включать установку пассивной криогенной изоляции и использование методов охлаждения на основе обратной связи, обычно используемых в области оптомеханики полостей.