СКВИД
СКВИД (от англ. SQUID, superconducting quantum interference device — «сверхпроводящий квантовый интерферометр»; в буквальном переводе с английского squid — «кальмар»; сверхпроводящий магнитометр) — сверхчувствительные магнитометры, используемые для измерения очень слабых магнитных полей. СКВИД-магнитометры обладают рекордно высокой чувствительностью, достигающей 5⋅10−33 Дж/Гц (чувствительность по магнитному полю — 10−13 Тл)[1]. Для длительных измерений усредненных значений в течение нескольких дней можно достичь значений чувствительности в 5⋅10−18 Тл[2].
Простейший квантовый магнитометр — СКВИД представляет собой сверхпроводящее кольцо с двумя джозефсоновскими туннельными контактами. Процессы происходящие в таком устройстве — в некотором смысле аналог оптической интерференцией на двух щелях, только в данном случае интерферируют не световые волны, а два джозефсоновских тока. Существенным для понимания работы СКВИДа является наличие волновых свойств у электрона — в СКВИДе волны де-Бройля электронов разделяется на две, каждая из которых проходит свой туннельный контакт, а затем обе волны сходятся вместе. При отсутствии внешнего поля обе ветви будут эквивалентны, и обе волны придут в одной фазе. Но при наличии потока магнитного поля через контур в нём будет наводиться циркулирующий сверхпроводящий ток. Этот ток в одном из контактов будет вычитаться из постоянного внешнего тока, а во втором — складываться с ним. Теперь две ветви будут иметь разные токи, и между волнами через туннельные контактами возникнет разность фаз. Волны электронов, пройдя через контакты и соединившись, будут интерферировать, интерференция проявится как зависимость критического тока СКВИДА от приложенного внешнего магнитного поля. Периодический характер зависимости напряжения от поля позволяет обнаруживать отдельные кванты магнитного потока. Периодический вид зависимости возникает из-за изменения фазы электронной волны на джозефсоновском контакте на где — целое число.
Различают два типа СКВИДов — СКВИД на постоянном токе (двухконтактный СКВИД) и высокочастотный СКВИД (одноконтактный СКВИД). СКВИД на постоянном токе был изобретен в 1964 году физиками Robert Jaklevic, John J. Lambe, James Mercereau, и Arnold Silver. Они же вместе с Джеймсом Эдвардом Циммерманом изобрели СКВИД на переменном токе[3].
СКВИД на постоянном токе представляет собой два джозефсоновских перехода, включенных параллельно. Включение осуществляется массивными сверхпроводниками, которые вместе с джозефсоновскими переходами а и b образуют замкнутый контур (кольцо). Внутрь этого кольца введена катушка, создающая магнитный поток.