CS258677B1 - Hybridný toroidný dvoj) íierový snímač SQUID - Google Patents

Abstract

Hybridný toroidný dvojdierový snímač SQUID je určený pre supravodivé kvantové magnetometrie. Jeho podstata spočívá v umiestnení tenkovrstvového dvojslučkového SQUID-u do uzavretého masívneho supravodivého telesa s dvomi vnútornými toroidnými dutinami navzájom spojenými koaxiálnou štrbinou. Tenkovrstvový dvojslučkový SQUID jednoduchého doštičkového tvaru bez mechanických otvorov, možno vložit do priečnej štrbiny v prstenci medzi toroidnými dutinami. alebo· do radiálnej štrbiny v strednej časti základného telesa. V toroidnýeh dutinách je vložená vstupná supravodivá cievka a vysokofrekvenčná budiaca a spátncvázobná cievka. Tenkovrstvové d.vojslučkové SQUIDy možu byť vložené do viacerých priečnych a do dvoch radiálnych štrbín. Sposob jeho prevedenia možno využit pri výrobě supravodivých snímačov SQUID so zvýšenou dlhodobou stabilitou parametrov.

Description

Vynález sa týká hybridného toroidného dvojiderového snímača SQUID s vysokofrekvenčným budením, určeného pre supravodivé kvantové magnetometre používané na meranie velmi slabých magnetických polí.

Supravodivé snímače SQUID s vysokofrekvenčným budením pracujú na principe využitia Josephsonovho javu a sú v podstatě tvořené supravodivými prstencami s vloženým Josephsonovým spojom. U prstencov vytvořených z masívneho supravodiče spravidla je tento spoj tvořený velmi jemným dotykom ostrého hrotu skrutky zo supravodivého materiálu a u prstencov zhotovených technológiou tenkých vrstiev tenkým supravodivým submikronmetrovým mostikom, alebo tunelovým spojom. Základným problémom v prvom případe je nastavenie a dosiahnutie dlhodobej stability jemného dotyku hrotu. V druhom případe sú to problémy s dosiahnutím dostatočne tesnej induktívnej vázby meraného signálu na snímač. Tieto nedostatky sa v menšej miere prejavujú u hybridných snímačov SQUID, u ktorých sa používá kombinácia prstenca z masívneho supravodiče a tenkovrstvového Josephsonovho spoja. Doteraz najrozšírenejšie hybridně toroidné snímače SQUID s vysokofrekvenčným budením používajú tenkovrstvové spoje s galvanickým dotykom na steny štrbiny, čo je příčinou nestability a zníženej životnosti snímačov. Hybridně snímače s induktívraou vázbou tenko vrstvových Josephsonových štruktúr na masívny supravodivý prstenec v známých jedno- i dvojdierových prevedeniach majú v porovnaní s nimi zníženú citlivost spósohenú nižším výsledným koeficientom vazby vstupných vázobných cievok na tenkovrstvový SQUID.

Uvedené nedostatky v podstatnej miere odstraňujú hybridný toroidný dvojdierový snímač SQUID podía vynálezu, ktorého podstata spočívá v tom, že vo vnútri základného supravodivého telesa sú dve toroidné dutiny navzájom oddělené prstencom, ktoré sú spojené koaxiálnou štrbinou. V prstenci je priečna štrbina, do ktorej je vložený tenkovrstvový dvojslučkový SQUID, ktorého jedna slučka je induktivně spojená s jednou toroidnou dutinou a druhá slučka s druhou toroidnou dutinou, alebo je tenkovrstvový dvojslučkový SQUID vložený do radiálnej štrbiny v strednej časti základného supravodivého telesa a jeho obidve slučky sú induktivně spojené s jednou toroidnou dutinou. V toroidných dutinách je vstupná supravodivá cievka pozostávajúca z dvoch sériovo spojených sekcií a vysokofrekvenčná budiaca a spatnovázobná cievka pozostávajúca tiež z dvoch sériovo spojených sekcií, pričom jedna sekcia každej cievky je vložená do jednej spoločnej toroidnej dutiny a druhé šekele, protifázovo vinuté oproti prvým sekciám, sú vložené do druhej toroidnej dutiny. Niektoré zo sekcií cievok můžu byť aj volné. Vývody cievok sú vyvedené cez otvory v čelných stěnách základného supravodivého telesa. V prstenci móže byť viac priečnych štrbín, do ktorých sú vložené tenkovrstvové dvojslučkové SQUID-y. Podobné v strednej časti základného supravodivého telesa můžu byť až dve radiálně štrbiny, do ktorých sú vložené dva tenkovrstvové dvojslučkové SQUID-y, pričom jeden z nich má obidve slučky induktivně spojené s jednou toroidnou dutinou a druhý s druhou toroidnou dutimóžu byť súčasne vložené aj v priečnych aj v, radiálnych štrbinách.

Výhodou vynálezu je lepšila vazba vstupných cievok a tým aj vstupného· signálu na tenkovrstvový SQUID. Přitom dve toroidné dutiny použitelné pre vstupné cievky umožňujú aj pri malých rozmeroch dosiahnúť váčšiu vstupnú indukčnost supravodivých kvantových magnetometrov, čo bývá obvykle problémom. Uzavretý toroidný tvar zabezpečuje aj vysoký stupeň odolnosti voči vonkajším rušivým magnetickým poliam a ulehčuje hermetizáciu snímača zlepšujúcu dlhodobú stabilitu parametrov vloženého tenkovrstvového dvojslučkového SQUIDu.

Vnútorná štruktúra snímača přitom umožňuje jednoducho využiť aj špeciálny pracovný režim využívajúci interferenčně efekty vznikajúce pri použití viacerých tenkovrstvých dvojslučkových SQUID-ov.

Variant s priečnou štrbinou v prstenci dovoluje používat tenkovrstvové SQUID-y s malou vzájomnou vzdialenostou ich slučiek nezávisle od velkosti priemeru toroidných dutin. Pri zváčšovaní priemeru toroidných dutin preto nedochádza k zhoršovaniu vázobných pomerov·. Podstatnou přednostou je, že dovoluje využiť přednosti tenkovrstvových technologií výroby Josephsonových spojov, čo spolu s technologicky pre konštrukciu a výrobu výhodným tvarom jeho základného supravodivého telesa a pravoúhlým tvarom nosnej doštičky tenkovrstvového SQUID-u bez mechanických otvorov, zabezpečuje rozhodujúce podmienky pre uplatnenie v sériovej výrobě.

Na pripojenom výkrese na obr. 1 je znázorněný pohlad na vnútorné usporiadanie snímača s priečnou štrbinou v prstenci. Na obr. 2 je pohlad na snímač s radiálnou štrbinou v strednej časti základného supravodivého· telesa. Na obr. 3 je naznačený tvar tenkovrstvového dvojslučkového SQUID-u s krížikom vyznačeným Josephsonovým spojom a čierne vyznačenou napařenou vrstvou supravodivého materiálu. Na obr. 4 je znázorněné uloženie vstupnej supravodivej a vysokofrekvenčnej budiacej a spátnovázobnej cievky.

V základnom supravodivom telese, ktoré tvíotri súčasne vonkajší plášť snímača, sú súosovou umiestnené dve toroidné dutiny 2, ktoré sú oddělené prstencom 3 tvoriacim súčast základného supravodivého telesa 1. Toroidné dutiny 2 sú navzájom spojené koaxiálnou štrbinou 4, ktorá vzniká medzi prstencom 3 a střednou časťou 8 základného supravodivého telesa 1. Do prieonej štrbiny v prstenci 3 je vložený tenkovrstvový dvojslučkový SQUID 6 doštičkového tvaru tak, že jedna jeho slučka má induktívnu vazbu s jednou toroidnou dutinou 2 a druhá s druhou toroidnou dutinou 2. Alternativně može byť tenkovrstvový dvojslučkový SQUID 6 vložený do radiálnej štrbiny 7 v strednej časti 8 základného supravodivého' telesa 1 tak, že jeho obidve slučky sú induktivně spojené s jednou toroidnou dutinou 2. V toroidných dutinách 2 je vložená vstupná supravodivá cievka a vysokofrekvenčná budi-aca cievka, ktorá plní obvykle aj úlohy cievky spátnovazotonej. Vstupná supravodivá cievka pozostáva zo sekcií 9, 10, ktoré sú spojené v sérii a každá sa nachádza v inej toroidnej dutině. Sekcie 9, 10 sú přitom vinuté navzájom protifázove. Podobné vysokofrekvenčná budiaca a spatnovázobná cievka sa skládá zo sériovo v protifázy zapojených, sekcií 11, 12. Každá z nich je přitom v inej toroidnej dutině 2. Pre funkciu snímača postačuje, keď je použitá len jedna zo sekcií 9, 10 alebo len jedna zo sekcií 11, 12. Varianty možných konfigurácií sa prejavia hlavně v zmene vstupnej indukčnosti supravodivých kvantových magnetometrov, v ktorých je snímač použitý. Vývody cievok sú vyvedené cez otvory 13 v čelných stěnách 14 základného supravodivého telesa 1. Pre režim činnosti snímača využívajúci interferenčně procesy medzi viace-rými Josephsunovými sp-ojmi može byť v ňom použitý niekolko teinkovrstvových dvojslučkových SQID-o-v 6, umiestnených v rovnakom počte priečnych štrbín 5 vytvořených v prstenci

3. Podobné možu byť použité až dva tenk-ovrstvové dvojslučkové SQUID-y 6 vložené do dvoch r-adiálnych štrbín 7, ktoré sú vytvořené v strednej časti 8 základného telesa 1 v miestach obidvoch toroidných dutin 2. Přitom možno dosiahnúť -aj kombinovaný režim činnosti s častou tenkovrstvových dvojslučkových SQUID-ov- 6 vložených do radiálnych štrbín 7 a s častou do priečnych štrbín 5.

Vynález možno použit pri výrobě supravodivých snímačov- SQUID so zvýšenou dlhodobou stabilitou parametrov- v elektrotechnickom priemysle a v základnom -a aplikovaném v-ýskume.

Claims (5)

1. Hybridný toroidný dvojdierový snímač SQUID vyznačujúci sa tým, že vo vnútri základného supravodivého telesa (lj sú dve súosové toroidné dutiny (2) navzájom oddělené prstencom (3), ktoré sú spojené koaxiálnou štrbinou (4), pričom v prstenci (3) je priečna štrbina (5), do ktorej je vložený tenkovrstvový dvojslučkový SQUID (6), ktorého jedna slučka je induktivně spojená s jednou toroidnou dutinou (2) a druhá siučka s druhou toroidnou dutinou (2), alebo je tenkovrstvový dvojslučkový SQUID (6) vložený do radiálnej štrbiny (7) v strednej časti (8) základného- supravodivého- telesa (lj, a jeho obidve slučky sú induktivně spojené s jednou toroidnou dutinou (2).

2. Hybridný toroidný dvojdierový snímač SQUID podta bodu 1, vyznačujúci sa týra„ že v toroidiných dutinách (2) jc vstupná supravodivá cievka pozostávajúca zo- sériovo spojených sekcií (9, 10) a vysokofrekvenčně budiaca a spátnovazobná cievka pozostávajúca zo sériovo spojených sekcií (11 12j, pričom sekcie (9, lij sú vložené do jednej toroidnej dutiny (2) a sekcie (10, 12),

VYNALEZU protifázo-vo vinuté oproti sekciám (9) a (11), sú vložené do druhéj toroidnej dutiny (2), alebo niektoré zo sekcií (9, 10, 11, 12) sú volné a vývody cievok sú vyvedené cez otvory (13) v čelných stěnách (14) základného supravodivého telesa (1).

3. Hybridný toroidný dvojdierový snímač SQUID podlá bodov 1 a 2, vyznačujúci s-a tým, že v prstenci {3} je viac priečnych štrbín (5), do ktorých sú vložené tenkovrstvové dvojslučkové SQUID-y (6).

4. Hybridný toroidný dvojdierový snímač SQUID podlá bodov 1 a 2, vyznačujúci s-a tým, že v strednej časti (8) základného- supravodivého telesa (lj sú dve radiálně štrbiny (7), do ktorých sú vložené tenkovrstvové dvojslučkové SQUID-y (6j, pričom jeden z nich má obidve slučky induktivně spojené s jednou toroidnou dutinou (2) a druhý s druhou toroidnou dutinou (2).

5. Hybridný toroidný dvojdierový snímač SQUID podlá bodov 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že tenkovrstvo-vé dvojslučkové SQUID-y (6) sú vložené v- priečnych štrbinách (5) aj v- radiálnych štrbinách (7).