micromagnetometro a SQUID
micromagnetometro a SQUID
Dispositivo che opera a temperature dell’ordine dell’elio liquido (∼4 K) e utilizza un sensore SQUID (Superconducting quantum interference device) che consente di misurare la magnetizzazione con una sensibilità elevatissima, rivelando induzioni o variazioni d’induzione fino a circa 10-14 T, irraggiungibili con qualsiasi altro strumento. Con il micromagnetometro a SQUID è possibile misurare campi debolissimi generati in processi biologici e la magnetizzazione di una singola particella submicrometrica. Ciò ha permesso la verifica della teoria dei processi di inversione della magnetizzazione in singole particelle magnetiche e la loro dipendenza dal volume e dalla forma della particella stessa. Lo SQUID è uno dei pochi dispositivi in cui si abbia un’applicazione su scala macroscopica della meccanica quantistica. Lungo l’anello di uno SQUID a corrente continua (DC SQUID), diversamente da quello a radio frequenza (RF SQUID), in cui è inserita una sola giunzione Josephson, vengono inseriti due ‘punti deboli’, dove la superconduttività viene a essere perturbata: per es., due segmenti di sezione ristretta, attraverso i quali i portatori di corrente superconduttrice (o coppie di elettroni) possono fluire per effetto tunnel. In un anello polarizzato con una corrente costante, l’effetto di schermo delle correnti circolanti, nonché le condizioni di quantizzazione della funzione d’onda e le relazioni di Josephson tra fase, tensione e flusso magnetico, producono una differenza di potenziale che è funzione periodica del flusso magnetico intersecato dall’anello stesso. L’analogia con un interferometro ottico, in cui l’intensità luminosa all’uscita è una funzione periodica della differenza di cammino ottico, è all’origine del nome SQUID del dispositivo. Nella realizzazione pratica di uno SQUID il circuito di ingresso è costituito da una bobina, accoppiata induttivamente all’anello, mentre la tensione di uscita viene misurata direttamente ai capi del dispositivo, polarizzato a un livello di corrente (dell’ordine di qualche decina di mA) sufficiente a inibire la superconduttività nelle giunzioni. Il segnale di uscita è una funzione periodica del campo magnetico in ingresso, che viene però linearizzata con opportune tecniche di controreazione. Per la misura della magnetizzazione di una singola particella magnetica è stata utilizzata la tecnica del DC SQUID a ponte micrometrico (microbridge), che permette di applicare campi magnetici di vari tesla coplanari con lo SQUID, senza ridurne drasticamente la sensibilità. (D. F. - A.M. T.)