Ein TINTENFISCH (um Quant-Einmischungsgerät superzuführen), ist ein sehr empfindliches Magnetometer, das verwendet ist, um äußerst feine magnetische Felder zu messen, die auf dem Superleiten von Schleifen gestützt sind, die Verbindungspunkte von Josephson enthalten.

TINTENFISCHE sind empfindlich genug, um Felder mindestens 5 an (5×10 T) innerhalb von ein paar Tagen durchschnittlicher Maße zu messen. Ihre Geräuschniveaus sind mindestens 3 fT · Hz. Zum Vergleich erzeugt ein typischer Kühlschrank-Magnet 0.01 tesla (10 T), und einige Prozesse in Tieren erzeugen sehr kleine magnetische Felder zwischen 10 T und 10 T. Kürzlich erfundener LEIBEIGENER sind Atommagnetometer potenziell empfindlicher und verlangen kälteerzeugende Kühlung nicht, aber sind Größenordnungen, die in der Größe (~1 Cm) größer sind, und müssen in einem magnetischen Nah-Nullfeld bedient werden.

Geschichte und Design

Es gibt zwei Haupttypen des TINTENFISCHS: direkter Strom (DC) und Radiofrequenz (RF). RF TINTENFISCHE können mit nur einem Verbindungspunkt von Josephson arbeiten, der sie preiswerter machen könnte, um zu erzeugen, aber weniger empfindlich ist.

GLEICHSTROM-TINTENFISCH

Der Gleichstrom-TINTENFISCH wurde 1964 von Robert Jaklevic, John J. Lambe, James Mercereau und Arnold Silver von Ford Research Labs erfunden, nachdem Brian David Josephson die Wirkung von Josephson 1962 verlangt hat, und der erste Verbindungspunkt von Josephson von John Rowell und Philip Anderson an Glockenlaboratorien 1963 gemacht wurde. Es hat zwei Verbindungspunkte von Josephson in der Parallele in einer Superleiten-Schleife. Es basiert auf dem Gleichstrom Wirkung von Josephson. Ohne jedes magnetische Außenfeld spaltet sich der Eingangsstrom in die zwei Zweige ebenso auf. Wenn ein kleines magnetisches Außenfeld auf die Superleiten-Schleife angewandt wird, beginnt ein Abschirmungsstrom, in der Schleife zu zirkulieren, die ein magnetisches Feld erzeugt, das den angewandten Außenfluss annulliert. Der veranlasste Strom ist in derselben Richtung wie in einem der Zweige der Superleiten-Schleife, und ist gegenüber im anderen Zweig; der Gesamtstrom wird in einem Zweig und im anderen. Sobald der Strom in jedem Zweig den kritischen Strom vom Verbindungspunkt von Josephson überschreitet, erscheint eine Stromspannung über den Verbindungspunkt. Ziehen Sie jetzt in Betracht, ob der Außenfluss weiter vergrößert wird, bis er, Hälfte des magnetischen Fluss-Quants zu weit geht. Da der durch die Superleiten-Schleife eingeschlossene Fluss eine integrierte Zahl von Fluss-Quanten sein muss, anstatt den Fluss zu schirmen, zu dem der TINTENFISCH jetzt energisch es vorzieht, es zu vergrößern. Der Abschirmungsstrom fließt jetzt in der entgegengesetzten Richtung. So ändert der Abschirmungsstrom Richtung jedes Mal die Fluss-Zunahmen durch die Hälfte von Vielfachen der ganzen Zahl dessen. So schwingt der kritische Strom als eine Funktion des angewandten Flusses. Wenn der Eingangsstrom mehr ist als, dann funktioniert der TINTENFISCH immer in der widerspenstigen Weise. Die Stromspannung ist in diesem Fall so eine Funktion des angewandten magnetischen Feldes und die Periode, die dem gleich ist. Seit den Strom-Spannungseigenschaften des Gleichstrom-TINTENFISCHS ist hysteretic, ein Rangieren-Widerstand, wird über den Verbindungspunkt verbunden, um die magnetische Trägheit zu beseitigen (im Fall von gestützten hohen Temperatursupraleitern von Kupferoxid der eigene innere Widerstand des Verbindungspunkts ist gewöhnlich genügend). Der Abschirmungsstrom ist der angewandte Fluss, der durch selbst Induktanz des Rings geteilt ist. So kann als die Funktion (Fluss zum Spannungswandler) wie folgt geschätzt werden:

: V = R I

:2I = 2  Φ/L, wo L selbst Induktanz des Superleitens ist, rufen an

: V = (R/L)  Φ\

RF TINTENFISCH

Der RF TINTENFISCH wurde 1965 von Robert Jaklevic, John J. Lambe, Arnold Silver und James Edward Zimmerman an Ford erfunden. Es basiert auf der Wirkung von AC Josephson und verwendet nur einen Verbindungspunkt von Josephson. Es ist im Vergleich zum Gleichstrom-TINTENFISCH weniger empfindlich, aber ist preiswerter und leichter, in kleineren Mengen zu verfertigen. Die meisten grundsätzlichen Maße in biomagnetism, sogar äußerst kleiner Signale, sind mit RF TINTENFISCHEN gemacht worden.

Der RF TINTENFISCH wird mit einem widerhallenden Schwingungskreis induktiv verbunden. Abhängig vom magnetischen Außenfeld, weil der TINTENFISCH in der widerspenstigen Weise, der wirksamen Induktanz der Schwingungskreis-Änderungen funktioniert, so die Resonanzfrequenz des Schwingungskreises ändernd. Diese Frequenzmaße, können und so die Verluste leicht genommen werden, die erscheinen, weil die Stromspannung über den Lastwiderstand im Stromkreis eine periodische Funktion des angewandten magnetischen Flusses mit einer Periode von Φ sind. Weil sich eine genaue mathematische Beschreibung auf den ursprünglichen Vortrag von Erné und al bezieht.

Die traditionellen Superleiten-Materialien für TINTENFISCHE sind reines Niobium oder eine Leitungslegierung mit 10-%-Gold oder Indium, weil reine Leitung nicht stabil ist, wenn seine Temperatur wiederholt geändert wird. Um Supraleitfähigkeit aufrechtzuerhalten, muss das komplette Gerät innerhalb von einigen Graden der absoluten Null funktionieren, die mit flüssigem Helium abgekühlt ist.

"Hohe" Temperatur-TINTENFISCH-Sensoren sind neuer; sie werden aus hohen Temperatursupraleitern, besonders YBCO gemacht, und werden durch den flüssigen Stickstoff abgekühlt, der preiswerter und leichter behandelt ist als flüssiges Helium. Sie sind weniger empfindlich als herkömmliche "niedrige" Temperatur-TINTENFISCHE, aber für viele Anwendungen gut genug.

Gebrauch

Die äußerste Empfindlichkeit von TINTENFISCHEN macht sie ideal für Studien in der Biologie. Magnetoencephalography (MEG) verwendet zum Beispiel Maße von einer Reihe von TINTENFISCHEN, um Schlussfolgerungen über die Nerventätigkeit innerhalb des Verstands zu machen. Weil TINTENFISCHE an Erwerb-Raten viel höher funktionieren können als die höchste zeitliche Frequenz von Interesse in den Signalen, die durch das Gehirn (Kilohertz) ausgestrahlt sind, erreicht MEG gute zeitliche Entschlossenheit. Ein anderes Gebiet, wo TINTENFISCHE verwendet werden, ist magnetogastrography, der mit Aufnahme der schwachen magnetischen Felder des Magens beschäftigt ist. Eine neuartige Anwendung von TINTENFISCHEN ist die magnetische Anschreiber-Mithörmethode, die verwendet wird, um den Pfad mündlich angewandter Rauschgifte zu verfolgen. In der klinischen Umgebung werden TINTENFISCHE in der Kardiologie für die magnetische Feldbildaufbereitung (MFI) verwendet, die das magnetische Feld des Herzens für die Diagnose und Risikoschichtung entdeckt.

Wahrscheinlich ist der allgemeinste kommerzielle Gebrauch von TINTENFISCHEN in magnetischen Eigentumsmaß-Systemen (MPMS). Das sind schlüsselfertige Systeme, die von mehreren Herstellern, dieses Maß die magnetischen Eigenschaften einer materiellen Probe gemacht sind. Das wird normalerweise über eine Temperaturreihe von dass 4 K zu ungefähr 190 K getan, obwohl höhere Temperaturen weniger Präzision bedeuten.

Zum Beispiel werden TINTENFISCHE als Entdecker verwendet, um Kernspinresonanz-Bildaufbereitung (MRI) durchzuführen. Während hoher Feld-MRI Vorzessionsfelder von einem zu mehreren teslas verwendet, verwendet Tintenfisch-entdeckter MRI Maß-Felder, die im microtesla Regime liegen. Da das MRI-Signal als das Quadrat des magnetischen Feldes abfällt, wird ein TINTENFISCH als der Entdecker wegen seiner äußersten Empfindlichkeit verwendet. Der TINTENFISCH, der mit einer zweiten Ordnung gradiometer und Eingangsstromkreis zusammen mit der Anwendung von Anstiegen verbunden ist, ist die grundsätzlichen Entitäten, die einer Forschungsgruppe erlauben, nichtangreifende Images wiederzubekommen. Tintenfisch-entdeckter MRI ist im Vorteil gegenüber MRI hohen Feldsystemen wie die niedrigen Kosten, die erforderlich sind, solch ein System und seine Kompaktheit zu bauen. Der Grundsatz ist durch die Bildaufbereitung von menschlichen äußersten Enden demonstriert worden, und seine zukünftige Anwendung kann Geschwulst-Abschirmung einschließen.

Eine andere Anwendung ist das Abtastungs-TINTENFISCH-Mikroskop, das einen TINTENFISCH verwendet, der in flüssiges Helium als die Untersuchung versenkt ist. Der Gebrauch von TINTENFISCHEN in Öluntersuchen, Mineralerforschung, Erdbeben-Vorhersage und geothermischem Energievermessen wird weit verbreiteter, weil sich Supraleiter-Technologie entwickelt; sie werden auch als Präzisionsbewegungssensoren in einer Vielfalt von wissenschaftlichen Anwendungen wie die Entdeckung von Gravitationswellen verwendet.

Ein TINTENFISCH ist der Sensor in jedem der vier Gyroskope, die auf der Ernst-Untersuchung B verwendet sind, um die Grenzen der Theorie der allgemeinen Relativität zu prüfen.

Es ist auch darauf hingewiesen worden, dass sie in einem Quant-Computer durchgeführt werden könnten. Das sind die einzigen makroskopischen Geräte, die als möglicher qubits in diesem Zusammenhang zitiert worden sind.

Siehe auch

• Makroskopische Quant-Phänomene
• Geophysik
• Elektromagnetismus
• Magnetometer
• Das Superleiten des Tunnel-Verbindungspunkts

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