СКВИДы: как два джозефсоновских перехода превратились в самый чувствительный магнитный сенсор

СКВИДы: как два джозефсоновских перехода превратились в самый чувствительный магнитный сенсор

В середине 1960-х годов, спустя всего пару лет после открытия эффекта Джозефсона, физики поняли, что из двух параллельных сверхпроводящих переходов можно собрать устройство, которое будет невероятно чувствительным к магнитному потоку. Так родился СКВИД (SQUID — Superconducting Quantum Interference Device).

Классический СКВИД — это сверхпроводящее кольцо, прерванное одним или двумя джозефсоновскими переходами. Внешнее магнитное поле создаёт разность фаз волновой функции сверхпроводника по разные стороны перехода. Критический ток через СКВИД осциллирует с периодом ровно в один квант магнитного потока. Измеряя критический ток, можно определить изменение магнитного потока с большой точностью.

СКВИДы сразу стали инструментом для физики твёрдого тела и для геофизики. Но настоящий прорыв случился в медицине: многоканальные СКВИД-системы позволили создать магнитоэнцефалографы (МЭГ), которые регистрируют магнитные поля, порождаемые токами в коре головного мозга, с временным разрешением в миллисекунды.

СКВИДы, разработанные в конце 1960-х, — это первый по-настоящему массовый прибор на основе эффектов квантовой когерентности в сверхпроводниках. Их нельзя использовать в смартфоне из-за криогеники, но можно применять для поиска нефти, исследования мозга и проверки фундаментальных теорий — везде, где нужна чувствительность на грани квантового предела.