Ученые создали квантовый магнитный сенсор, работающий при поле до 1 Тесла — в 20 000 раз сильнее магнитного поля Земли
iXBT.com ·
Исследователи Университета Твенте в Нидерландах разработали сверхпроводящий квантовый сенсор нового типа, который способен изучать магнитные структуры квантовых материалов с нанометровой точностью. Устройство сохраняет работоспособность при внешнем магнитном поле до 1 Тесла — это примерно в 20 000 раз сильнее магнитного поля Земли.
Исследователи Университета Твенте в Нидерландах разработали сверхпроводящий квантовый сенсор нового типа, который способен изучать магнитные структуры квантовых материалов с нанометровой точностью. Устройство сохраняет работоспособность при внешнем магнитном поле до 1 Тесла — это примерно в 20 000 раз сильнее магнитного поля Земли.
В основе разработки лежит SQUID — сверхпроводящий квантовый интерференционный датчик, который может регистрировать чрезвычайно слабые магнитные поля. Чтобы получать максимально детальные измерения, его необходимо подвести как можно ближе к поверхности исследуемого материала, поскольку сила локальных магнитных полей быстро падает с расстоянием.
Главное новшество заключается в конструкции сенсора. Вместо традиционного плоского чипа ученые создали вертикальную микроскопическую пирамиду из кремния. На ее тонкий каркас нанесли слой сверхпроводящего ниобия, а на самой вершине разместили чувствительный SQUID. Такая геометрия позволяет приблизить датчик к образцу значительно ближе, чем раньше.
Еще одно преимущество — устойчивость к сильным магнитным полям. Для большинства сверхпроводящих сенсоров они представляют серьезную проблему, поскольку могут нарушить сверхпроводимость. Новый датчик стабильно работает при поле до 1 Тесла, что делает его пригодным для исследований квантовых материалов, требующих мощного внешнего магнитного воздействия.
Конструкция включает четыре сверхпроводящих проводника. Два используются для измерения магнитного поля, а еще два позволяют во время сканирования управлять положением сенсора и точно настраивать его чувствительность.
Разработчики отмечают и важное производственное преимущество. Сенсор можно изготавливать непосредственно на кремниевых пластинах методами, близкими к производству микросхем. За один технологический цикл потенциально удается выпускать сотни устройств, а выход годных датчиков достигает почти 90%.
Помимо исследований квантовых материалов, технология демонстрирует возможность создавать полноценную сверхпроводящую электронику внутри сложных трехмерных микроструктур. В будущем это может открыть путь к более компактным и чувствительным квантовым измерительным приборам.