Квантование магнитного потока – макроскопическое квантовое явление, состоящее в том, что магнитный поток через кольцо из сверхпроводника с током может принимать только дискретные значения (см. Сверхпроводимость). Минимальное значение потока (квант потока) Ф₀ = ch/2e=2*10^-7 гс×см², где с - скорость света, h - Планка постоянная, е - заряд электрона. Магнитный поток в сверхпроводнике может быть равен только целому числу квантов потока. Квантование магнитного потока было теоретически предсказано Ф. Лондоном (1950), который получил для кванта потока значение ch/e. Эксперименты (1961) дали для кванта потока вдвое меньшее значение. Это явилось прекрасным подтверждением созданной к тому времени микроскопической теории сверхпроводимости, согласно которой сверхпроводящий ток обусловлен движением пар электронов.

 

* * *

Величина магнитного потока, проходящего через поверхность, ограниченную замкнутым сверхпроводящим контуром, может принимать только дискретные значения (квантуется).
Квант магнитного потока – минимальное значение магнитного потока Ф_qu через кольцо сверхпроводника с током, обусловленным движением куперовских пар электронов.

 

Квантование магнитного потока может быть использовано для создания пространства, в котором вообще отсутствует магнитное поле. Если охладить цилиндр, внутри которого имеется слабое магнитное поле, до температуры ниже критической, то внутри цилиндра “заморозится” некоторый магнитный поток. Если после этого мы начнем постепенно увеличивать радиус цилиндра, то число квантов потока не изменится, но увеличение площади сечения повлечет за собой соответствующее уменьшение напряженности поля. Если использовать несколько вложенных друг в друга цилиндров, то описанным путем можно, в конце концов, добиться того, что во внутреннем цилиндре не будет содержаться ни одного кванта потока.
Таким образом, возникает область, не содержащая магнитного поля, т.е. создается идеальный магнитный экран.

 

* * *

 

1961 год – Экспериментальное подтверждение явления квантования магнитного потока, захватываемого в тонкий сверхпроводящий цилиндр (В. Диавар, В. Файрбенк, Р. Долл, М. Небауэр). Предсказано в 1950 г. Ф. Лондоном.

 

* * *

 

Ученые из Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) опубликовали сообщение о разработке новой технологии производства микросхем с использованием явления сверхпроводимости, сообщила e4engineering.com.
Исследования в этом направлении велись еще с конца 60-х гг., но лишь сейчас удалось достичь обнадеживающих результатов. Ученые рассчитывают, что коммерческое развитие новая технология получит в течение 5 лет.
Разработанные ими логические микросхемы используют ниобий, который становится сверхпроводящим при температуре ниже 9 градусов Кельвина. Помимо нулевого электрического сопротивления, в новых микросхемах будет использовано другое квантовомеханическое явление при низких температурах - квантование магнитного потока, т.е. возможность существования потоков магнитного поля только в количествах, кратных минимальному магнитному потоку. На основе этого явления будут созданы ячейки памяти, где наличие или отсутствие магнитного потока будет записываться, как биты информации.
На основе таких ячеек памяти и при отсутствии электрического сопротивления можно создать процессор, действующий на частоте 100 ГГц, а если удастся использовать для создания сверхпроводящих микросхем тот же уровень миниатюризации, что и в самых современных процессорах, тактовая частота может быть еще выше. В частности, в некоторых экспериментах удалось добиться частоты мультивибратора в 750 ГГц.
Среди возможных будущих применений сверхпроводящих процессоров называют аналого-цифровые преобразователи, базовые станции для беспроводных коммуникаций, сетевые коммутаторы большой производительности.