Физики рассчитали характеристики датчиков магнитного поля

Ученые НИИ ядерной физики имени Д.В. Скобельцына с коллегами провели численный расчет функции преобразования магнитного поля в напряжение для СКВИДов, преодолев ранее существовавшие математические сложности. Результаты исследований опубликованы в высокорейтинговом журнале Superconductor Science and Technology.

«Наиболее чувствительные датчики магнитного поля на сегодняшний день — это сверхпроводящие квантовые устройства, так называемые СКВИДы (от англ. SQUID, Superconducting Quantum Interference Device — «сверхпроводящий квантовый интерферометр»). Они известны уже более полувека. Тем не менее, аналитического описания их основной характеристики — функции преобразования магнитного поля в напряжение — до сегодня не существовало из-за математических сложностей. Нам удалось получить относительно простые и удобные формулы для описания этой характеристики и проанализировать факторы, влияющие на ее вид», — говорит старший научный сотрудник НИИ ядерной физики им. Скобельцына МГУ, кандидат физико-математических наук, главный автор статьи Игорь Соловьев.

Работа длилась больше года совместно с коллегами с физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова, из ФГУП «Научно-исследовательский институт физических проблем имени Ф.В. Лукина», Московского физико-технического института (государственного университета) (МФТИ), Всероссийского НИИ автоматики имени Н.Л. Духова и кафедры физики твердого тела Казанского федерального университета (КФУ).

Ученым требовалось аналитически описать функции преобразования магнитного поля в напряжение для реальных параметров устройств на основе низкотемпературных сверхпроводников. Использовались различные приемы для решения систем нелинейных дифференциальных уравнений и трансцендентных уравнений. Разработанные подходы можно также использовать для анализа схожих со СКВИДами устройств.

«Наша работа может быть полезна разработчикам практических устройств на базе СКВИДов. Например, содержащих большие цепочки СКВИДов. Численный расчет таких цепочек занимает много времени, поэтому оптимизация их параметров затруднительна. С помощью наших формул последовательную цепочку из нескольких тысяч СКВИДов теперь можно рассчитать за секунды, и соответственно ее оптимизация не представляет проблемы», — комментирует Игорь Соловьев.