論文の概要: Chip-based superconducting traps for levitation of micrometer-sized
particles in the Meissner state
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2002.03868v3
- Date: Fri, 28 Aug 2020 19:58:10 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-06-04 01:45:10.629761
- Title: Chip-based superconducting traps for levitation of micrometer-sized
particles in the Meissner state
- Title（参考訳）: マイスナー状態における微小粒子浮揚のためのチップベース超伝導トラップ
- Authors: Mart\'i Gutierrez Latorre, Joachim Hofer, Matthias Rudolph, Witlef
Wieczorek
- Abstract要約: マイスナー状態のマイクロメートルサイズの超伝導粒子を浮揚可能な2つのチップベース超伝導トラップアーキテクチャの詳細な解析を行った。
これらのアーキテクチャは、より大きな粒子を用いた新しい量子実験や、前例のない感度の力と加速度センサーの実行に適している。
我々の数値実験は,マイスナー状態の微小粒子をチップベース超伝導トラップで浮き彫りにすることを目的とした将来の実験を導くものである。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.07299136044827463
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We present a detailed analysis of two chip-based superconducting trap
architectures capable of levitating micrometer-sized superconducting particles
in the Meissner state. These architectures are suitable for performing novel
quantum experiments with more massive particles or for force and acceleration
sensors of unprecedented sensitivity. We focus in our work on a chip-based
anti-Helmholtz coil-type trap (AHC) and a planar double-loop (DLP) trap. We
demonstrate their fabrication from superconducting Nb films and the fabrication
of superconducting particles from Nb or Pb. We apply finite element modeling
(FEM) to analyze these two trap architectures in detail with respect to trap
stability and frequency. Crucially, in FEM we account for the complete
three-dimensional geometry of the traps, finite magnetic field penetration into
the levitated superconducting particle, demagnetizing effects, and flux
quantization. We can, thus, analyze trap properties beyond assumptions made in
analytical models. We find that realistic AHC traps yield trap frequencies well
above 10kHz for levitation of micrometer-sized particles and can be fabricated
with a three-layer process, while DL traps enable trap frequencies below 1kHz
and are simpler to fabricate in a single-layer process. Our numerical results
guide future experiments aiming at levitating micrometer-sized particles in the
Meissner state with chip-based superconducting traps. The modeling we use is
also applicable in other scenarios using superconductors in the Meissner state,
such as for designing superconducting magnetic shields or for calculating
filling factors in superconducting resonators.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,マイクロメートルの超伝導粒子をマイスナー状態で浮揚できる2つのチップ型超伝導トラップアーキテクチャの詳細な解析を行う。
これらのアーキテクチャは、より重い粒子を用いた新しい量子実験や、前例のない感度の力と加速度センサーに適している。
我々はチップベースのアンチヘルムホルツコイル型トラップ(AHC)と平面二重ループ(DLP)トラップの開発に重点を置いている。
超伝導Nb膜から作製し, NbまたはPbから超伝導粒子を作製した。
これら2つのトラップアーキテクチャをトラップ安定性と周波数について詳細に解析するために有限要素モデリング(fem)を適用する。
重要なことに、FEMでは、トラップの完全な3次元幾何学、浮遊超伝導粒子への有限磁場浸透、磁化効果、磁束量子化が説明できる。
したがって、解析モデルによる仮定以上のトラップ特性を解析することができる。
リアルなAHCトラップは10kHz以上のトラップ周波数で微小粒子の浮揚が可能であり, DLトラップは1kHz未満のトラップ周波数を可能とし, 単一層プロセスで容易に製造できる。
我々の数値計算結果は,マイスナー状態の微小粒子をチップベース超伝導トラップで浮揚する将来の実験を導くものである。
我々が使用するモデリングは、超伝導シールドの設計や超伝導共振器の充填係数の計算など、マイスナー状態の超伝導体を用いた他のシナリオでも適用可能である。
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