剖析小磁場(chǎng)的新型金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)工作原理

在阿爾托大學(xué)科技學(xué)院低溫實(shí)驗(yàn)室和Scuola Normal Superiore進(jìn)行的研究結(jié)果在網(wǎng)絡(luò)版上發(fā)表。上海自動(dòng)化儀表四廠開發(fā)的這種新穎且非常靈敏的磁場(chǎng)金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是功耗小，測(cè)量簡(jiǎn)單，適用于不同的測(cè)量范圍。

新的測(cè)量金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)與傳統(tǒng)的SQUID（超導(dǎo)量子干涉裝置）磁力計(jì)密切相關(guān)，例如，用于腦成像。金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì)的核心是超導(dǎo)回路，其中一部分已被普通金屬導(dǎo)體取代。由于所謂的接近現(xiàn)象，正常金屬在與超導(dǎo)體接觸時(shí)變?yōu)槿醭瑢?dǎo)。

非常初的想法是研究超導(dǎo)接近現(xiàn)象對(duì)電子之間的熱流和正常金屬的晶格振動(dòng)的影響。然而，Jukka Pekola教授解釋說，人們發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)還可以用作靈敏且可調(diào)諧的磁場(chǎng)金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)。

被稱為SQUIPT（超導(dǎo)量子干涉接近晶體管）的結(jié)構(gòu)結(jié)合了隧道結(jié)的眾所周知的電傳輸特性和由超導(dǎo)鄰近效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的可調(diào)節(jié)性。對(duì)于鐵芯環(huán)，可以使用不同長(zhǎng)度的金屬線和材料，這擴(kuò)展了器件的操作范圍。

因?yàn)槭褂梅浅Ｈ醯闹绷麟娺M(jìn)行測(cè)量，所以檢測(cè)裝置的功耗很小。新的金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)結(jié)構(gòu)非常適合低溫，噪聲水平較低，設(shè)備的性能和靈敏度都很好。

理論分析和用該裝置進(jìn)行的非常好次實(shí)驗(yàn)似乎很有希望。

金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)的獨(dú)特標(biāo)志是它的簡(jiǎn)潔性。將直流輸入饋送到器件，將環(huán)路置于外部磁場(chǎng)中，然后監(jiān)測(cè)電壓。電壓周期性地交替作為外部磁場(chǎng)的函數(shù)。Pekola澄清說，通過直接電壓測(cè)量，我們甚至可以測(cè)量非常小的磁場(chǎng)。

迄今為止的實(shí)驗(yàn)主要是在絕對(duì)零點(diǎn)以上十分之一左右進(jìn)行，但如果選擇超導(dǎo)材料，該裝置也可以在更高的液氦溫度下工作（約4開爾文或-269°C）。適合。這對(duì)于實(shí)際應(yīng)用很重要。

該小組面臨的下一個(gè)任務(wù)是參數(shù)優(yōu)化，這將闡明設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)的測(cè)量靈敏度，并有助于確定它可以測(cè)量的字段有多小。

在這個(gè)階段，Pekola對(duì)金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)未來實(shí)際應(yīng)用的估計(jì)是謹(jǐn)慎的。

從原型到實(shí)際產(chǎn)品的道路很長(zhǎng)，可能需要幾年時(shí)間。盡管如此，上海自動(dòng)化儀表四廠已經(jīng)與VTT就金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)的未來發(fā)展和生產(chǎn)進(jìn)行了初步討論。Pekola表示，在非常好的情況下，這可以在一些特殊應(yīng)用中取代傳統(tǒng)的SQUID磁力計(jì)。

金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)結(jié)構(gòu)由Micronova微納米技術(shù)中心制造，該中心由阿爾托大學(xué)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院和VTT共同運(yùn)營。