基于芯片的超导陷阱用于迈斯纳态微米级粒子的悬浮
应用物理
2020-09-01 v3 超导电性
量子物理
摘要
我们详细分析了两种基于芯片的超导陷阱结构，其能够在迈斯纳态下悬浮微米级超导粒子。这些结构适用于以更重粒子开展新颖量子实验，或用于具有空前灵敏度的力与加速度传感器。我们的工作聚焦于一种基于芯片的反亥姆霍兹线圈型陷阱（AHC）与一种平面双环（DLP）陷阱。我们展示了由超导Nb薄膜制备这些陷阱，以及由Nb或Pb制备超导粒子的工艺。我们应用有限元建模（FEM）针对陷阱稳定性与频率对这两种陷阱结构进行详细分析。关键的是，在FEM中我们考虑了陷阱完整的三维几何、磁场对悬浮超导粒子的有限穿透、退磁效应以及磁通量子化。因此，我们能够在解析模型假设之外分析陷阱性质。我们发现，现实的AHC陷阱对微米级粒子悬浮可给出远高于10kHz的陷阱频率，并可用三层工艺制备；而DL陷阱可实现低于1kHz的陷阱频率，且更易于用单层工艺制备。我们的数值结果指导未来利用基于芯片的超导陷阱悬浮迈斯纳态微米级粒子的实验。我们所采用的建模也适用于其他使用迈斯纳态超导体的场景，例如设计超导磁屏蔽或计算超导谐振器中的填充因子。
引用
@article{arxiv.2002.03868,
title = {Chip-based superconducting traps for levitation of micrometer-sized particles in the Meissner state},
author = {Martí Gutierrez Latorre and Joachim Hofer and Matthias Rudolph and Witlef Wieczorek},
journal= {arXiv preprint arXiv:2002.03868},
year = {2020}
}
备注
close to published version, 16 pages, 19 figures