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用Bose-Einstein凝聚体模拟超导量子干涉器件

作者:戴闻
超导量子干涉器件   模拟   squid   quantum   位相变化  

摘要:使用超导量子干涉器件(supercon-ducting quantum interference device, SQUID)对磁场进行精密测量,是超导应用的一个重要分支。测量可达到的精度是一个磁通量子的若干分之一。磁通量子Φ0=h/2e=2.07×10-15 Wb ,其中h是普朗克常数,e是电子电荷。SQUID能够达到如此高的灵敏度,根本原因在于其中的量子力学效应在宏观尺度上得到了充分的展示。可以说,SQUID是量子工程的一个典型产物。我们的问题是, Bose-Einstein凝聚体,作为超导体的相似客体,它的宏观量子干涉效应能否被实验观察。最近, Ryu等在Physical Review Letters上撰文,报道了他们使用中性原子Ru超冷气体云构建的实验装置以及对SQUID的模拟。传统双结SQUID的基本构成是一个超导环,环的前部和后部分别连接直流供电线路,环的左右臂被截断形成一对弱连接势垒(见图1(a))。电流从后方流向前方,可以流经左边的势垒也可以流经右边的势垒,由此产生量子波的相干叠加,进而产生沿超导环的位相变化。另一方面,如果有外磁场穿过超导环,它也会对超导环的位相有所贡献。结果,沿着环走一圈所经历的位相变化由上述电流和外磁场两者决定。然而,波函数的单值性又要求:环行一周所经历的位相变化必须等于2π的整数倍。因此,利用双结SQUID,我们可以通过检测直流总电流的周期变化(在外磁场移入超导环的过程中)来测量外磁场在超导环面积内产生的磁通量子数的变化。

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