JPH0636021B2 - Ｓｑｕｉｄ素子 - Google Patents
Ｓｑｕｉｄ素子Info
- Publication number
- JPH0636021B2 JPH0636021B2 JP63279151A JP27915188A JPH0636021B2 JP H0636021 B2 JPH0636021 B2 JP H0636021B2 JP 63279151 A JP63279151 A JP 63279151A JP 27915188 A JP27915188 A JP 27915188A JP H0636021 B2 JPH0636021 B2 JP H0636021B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- superconducting
- loop
- magnetic field
- ground plane
- squid element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明はＳＱＵＩＤ(Superconducting Quantum Interfe
rance Device)素子に関し、特に、高感度で地磁気等を
検出するのに適したＳＱＵＩＤ素子に関する。
rance Device)素子に関し、特に、高感度で地磁気等を
検出するのに適したＳＱＵＩＤ素子に関する。
＜従来の技術＞ 例えば航空機等の航行体に磁力計を搭載して磁気検査を
行なう場合等においては、微弱の磁界を高感度で検出す
る必要がある。このような用途の磁力計としては、通
常、そのセンサとしてＳＱＵＩＤ素子が用いられる。
行なう場合等においては、微弱の磁界を高感度で検出す
る必要がある。このような用途の磁力計としては、通
常、そのセンサとしてＳＱＵＩＤ素子が用いられる。
ＳＱＵＩＤ素子を用いた磁力計では、従来、その要部の
基本的構成を第５図に示すように、検出すべき磁界φx
は磁束トランスと称される超電導閉ループを介してＳＱ
ＵＩＤ素子５１に伝達される。
基本的構成を第５図に示すように、検出すべき磁界φx
は磁束トランスと称される超電導閉ループを介してＳＱ
ＵＩＤ素子５１に伝達される。
すなわち、磁束トランスは磁界φxをピックアップする
ための検出コイル５２と、ＳＱＵＩＤ素子５１に誘導結
合された入力コイル５３とからなり、磁界φxをある一
定の伝達率のもとにＳＱＵＩＤ素子５１に伝達する。
ための検出コイル５２と、ＳＱＵＩＤ素子５１に誘導結
合された入力コイル５３とからなり、磁界φxをある一
定の伝達率のもとにＳＱＵＩＤ素子５１に伝達する。
ＳＱＵＩＤ素子５１の出力は、同じくＳＱＵＩＤ素子５
１に誘導的に密結合されたコイル５４によって取り出さ
れ、増幅器５５等を含む公知の測定回路に導かれる。
１に誘導的に密結合されたコイル５４によって取り出さ
れ、増幅器５５等を含む公知の測定回路に導かれる。
以上の構成において、ＳＱＵＩＤ素子５１、入力コイル
５３およびコイル５４は、外部磁界等の影響を避けるた
めに、超電導ホルダ５６と称される超電導シールド内に
収容され、この超電導ホルダ５６全体と検出コイル５２
が低温槽(図示せず)内に置かれて臨界温度以下に冷却さ
れる。
５３およびコイル５４は、外部磁界等の影響を避けるた
めに、超電導ホルダ５６と称される超電導シールド内に
収容され、この超電導ホルダ５６全体と検出コイル５２
が低温槽(図示せず)内に置かれて臨界温度以下に冷却さ
れる。
＜発明が解決しようとする課題＞ 以上のような従来の磁力形によると、検出コイル５２や
入力コイル５３の形状寸法にもよるが、検出すべき磁界
φxのＳＱＵＩＤ素子５への伝達率は、実用に供されて
いるものにおいて約1/100〜1/200と小さく、そのために
磁気感度が低くなるという問題があった。
入力コイル５３の形状寸法にもよるが、検出すべき磁界
φxのＳＱＵＩＤ素子５への伝達率は、実用に供されて
いるものにおいて約1/100〜1/200と小さく、そのために
磁気感度が低くなるという問題があった。
また、ＳＱＵＩＤ素子５１の近傍を超電導ホルダ５６で
磁気遮蔽し、かつ、その超電導ホルダ５６から検出コイ
ル５２を外部に持ち出す必要があって、装置全体が大型
化するという問題もある。
磁気遮蔽し、かつ、その超電導ホルダ５６から検出コイ
ル５２を外部に持ち出す必要があって、装置全体が大型
化するという問題もある。
このような問題点を解消するには、検出コイル５２を用
いずにＳＱＵＩＤ素子５１によって直接磁界φxを拾え
ばよい。しかし、ＳＱＵＩＤ素子５１は、一般に、第６
図にその外観図を示すように、基板６０上に例えばＮb
系等の超電導薄膜５１ａをループ状に形成するととも
に、その適宜箇所にジョセフソン接合５２ａを形成して
なっており、ループの線幅Ｗは１mm〜サブmmであるのに
対し、線厚ｔはせいぜい0.2μｍ程度であって、その比
Ｗ／ｔは極めて大である。そのため、このようなＳＱＵ
ＩＤ素子５１を地磁気(〜0.5ガウス)の中に直接さらす
と、その形状効果によって超電導導膜５１ａの完全超電
導性が破れることが予測できる。
いずにＳＱＵＩＤ素子５１によって直接磁界φxを拾え
ばよい。しかし、ＳＱＵＩＤ素子５１は、一般に、第６
図にその外観図を示すように、基板６０上に例えばＮb
系等の超電導薄膜５１ａをループ状に形成するととも
に、その適宜箇所にジョセフソン接合５２ａを形成して
なっており、ループの線幅Ｗは１mm〜サブmmであるのに
対し、線厚ｔはせいぜい0.2μｍ程度であって、その比
Ｗ／ｔは極めて大である。そのため、このようなＳＱＵ
ＩＤ素子５１を地磁気(〜0.5ガウス)の中に直接さらす
と、その形状効果によって超電導導膜５１ａの完全超電
導性が破れることが予測できる。
すなわち、第７図に第６図のVII−VII断面図で磁界φx
中のＳＱＵＩＤ素子５１を示すように、超電導薄膜５１
ａに磁界φxが作用すると、磁界を内部に入れないとい
うマイナス効果によって超電導薄膜５１ａのエッジ付近
において磁束密度が非常に大となり、その第１種臨界磁
界を越える。その結果、超電導薄膜５１ａは完全超電界
性を失い、素子動作が不安定となって正しい測定ができ
なくなる。
中のＳＱＵＩＤ素子５１を示すように、超電導薄膜５１
ａに磁界φxが作用すると、磁界を内部に入れないとい
うマイナス効果によって超電導薄膜５１ａのエッジ付近
において磁束密度が非常に大となり、その第１種臨界磁
界を越える。その結果、超電導薄膜５１ａは完全超電界
性を失い、素子動作が不安定となって正しい測定ができ
なくなる。
本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、装置を
小型化するこができ、しかも、地磁気等を高感度で検出
することのできるＳＱＵＩＤ素子の提供を目的としてい
る。
小型化するこができ、しかも、地磁気等を高感度で検出
することのできるＳＱＵＩＤ素子の提供を目的としてい
る。
＜課題を解決するための手段＞ 上記の目的を達成するための構成を、実施例に対応する
第１図、第２図を参照しつつ説明すると、本発明は、ジ
ョセフソン接合１ａを含むワンターンの超電導ループ１
に、絶縁層２を介してループ１と内外径寸法が略同等
で、かつ、ジョセフソン接合１ａに対応する位置に切欠
き３ａを備えたループ状のグランドプレーン３を対向配
置したことによって、特徴づけられる。
第１図、第２図を参照しつつ説明すると、本発明は、ジ
ョセフソン接合１ａを含むワンターンの超電導ループ１
に、絶縁層２を介してループ１と内外径寸法が略同等
で、かつ、ジョセフソン接合１ａに対応する位置に切欠
き３ａを備えたループ状のグランドプレーン３を対向配
置したことによって、特徴づけられる。
＜作用＞ 超電導ループ１とこれと同等の内外径寸法を持つループ
状のグランドプレーン３を対向配置することにより、第
３図に示すように、両ループそれぞれがマイナス効果に
よって磁界φxを排除する結果、形状効果の決定因子の
１つである線厚ｔは実質的に超電導ループ１、絶縁層２
およびグランドプレーン３のそれぞれの厚さの和とな
り、Ｗ／ｔが小さくなって磁束のエッジ部への集中度が
緩和される。
状のグランドプレーン３を対向配置することにより、第
３図に示すように、両ループそれぞれがマイナス効果に
よって磁界φxを排除する結果、形状効果の決定因子の
１つである線厚ｔは実質的に超電導ループ１、絶縁層２
およびグランドプレーン３のそれぞれの厚さの和とな
り、Ｗ／ｔが小さくなって磁束のエッジ部への集中度が
緩和される。
従って、このような構造のＳＱＵＩＤ素子では、地磁気
に直接さらしても超電導ループ１の完全超電導性は損な
われず、検出コイルを設けることなくＳＱＵＩＤ素子そ
のもので磁界φxを拾うことができる。
に直接さらしても超電導ループ１の完全超電導性は損な
われず、検出コイルを設けることなくＳＱＵＩＤ素子そ
のもので磁界φxを拾うことができる。
なお、ジョセフソン接合１ａには切欠き３ａの存在によ
ってグランドプレーン３の影響が及ばない。
ってグランドプレーン３の影響が及ばない。
＜実施例＞ 第１図は本発明実施例の模式的構造説明図で、第２図は
そのII−II断面図である。
そのII−II断面図である。
石英等の基板４上にループ状のグランドプレーン３が形
成されており、その上面にＳｉＯ2等の絶縁層３が形成
されている。そして、この絶縁層３の上面、グランドプ
レーン３の直上にこれと対向して、ジョセフソン接合１
ａを持つ超電導ループ１が形成されている。
成されており、その上面にＳｉＯ2等の絶縁層３が形成
されている。そして、この絶縁層３の上面、グランドプ
レーン３の直上にこれと対向して、ジョセフソン接合１
ａを持つ超電導ループ１が形成されている。
超電導ループ１とグランドプレーン３は、その内径寸法
および外径寸法がいずれも互いにほぼ等しく、また、い
ずれも例えばＮb系の超電導薄膜によって形成されてい
る。
および外径寸法がいずれも互いにほぼ等しく、また、い
ずれも例えばＮb系の超電導薄膜によって形成されてい
る。
グランドプレーン３には、超電導ループ１のジョセフソ
ン接合１ａに対応する位置に切欠き３ａが形成されてい
る。
ン接合１ａに対応する位置に切欠き３ａが形成されてい
る。
以上の構造のＳＱＵＩＤ素子を磁界φx中に置くと、第
３図に示すように、超電導ループ１およびグランドプレ
ーン３はいずれもマイナス効果によって磁界を内部に入
れないように排除するから、磁束の超電動ループ１のエ
ッジ部への集中の度合がグランドプレーン３が存在しな
い場合に比して緩和される。すなわち、形状効果を決定
する線幅Ｗと線厚ｔのうち、線厚ｔが実質的に超電導ル
ープ１と絶縁層２およびグランドプレーン３のそれぞれ
の厚さの和となり、Ｗ／ｔが小さくなって形状効果によ
る磁束集中が緩和されるわけである。
３図に示すように、超電導ループ１およびグランドプレ
ーン３はいずれもマイナス効果によって磁界を内部に入
れないように排除するから、磁束の超電動ループ１のエ
ッジ部への集中の度合がグランドプレーン３が存在しな
い場合に比して緩和される。すなわち、形状効果を決定
する線幅Ｗと線厚ｔのうち、線厚ｔが実質的に超電導ル
ープ１と絶縁層２およびグランドプレーン３のそれぞれ
の厚さの和となり、Ｗ／ｔが小さくなって形状効果によ
る磁束集中が緩和されるわけである。
今、超電導ループ１とグランドプレーン３の線厚がそれ
ぞれ0.2μｍであるとしても、絶縁層２の厚さを１μｍ
とすることによって、実質的な線厚ｔは1.4μｍとな
る。ここで、グランプレーン３にはジョセフソン接合１
ａに対応する位置に切欠き３ａを設けているから、ジョ
セフソン接合１ａに対してはグランドプレーン３の影響
が及ばず、従って上述した例によると、外部磁界φxに
対しては線厚1.4μｍの超電導ループに１つのマイクロ
ブリッジ型のジョセフソン接合１ａを設けたＳＱＵＩＤ
素子と等価な素子が得られることになる。
ぞれ0.2μｍであるとしても、絶縁層２の厚さを１μｍ
とすることによって、実質的な線厚ｔは1.4μｍとな
る。ここで、グランプレーン３にはジョセフソン接合１
ａに対応する位置に切欠き３ａを設けているから、ジョ
セフソン接合１ａに対してはグランドプレーン３の影響
が及ばず、従って上述した例によると、外部磁界φxに
対しては線厚1.4μｍの超電導ループに１つのマイクロ
ブリッジ型のジョセフソン接合１ａを設けたＳＱＵＩＤ
素子と等価な素子が得られることになる。
このような本発明実施例のＳＱＵＩＤ素子は、直接地磁
気にさらしても完全超電導性が破壊されないので、この
ＳＱＵＩＤ素子によって地磁気を直接検出することが可
能となる。すなわち、第４図は本発明実施例のＳＱＵＩ
Ｄ素子Ｓを用いて磁力計を構成した場合の要部構成図
で、コイル５４、増幅器５５等の従来と同等の信号処理
回路にＳＱＵＩＤ素子Ｓを結合させ、このＳＱＵＩＤ素
子Ｓに被検出磁界φxを直接印加している。
気にさらしても完全超電導性が破壊されないので、この
ＳＱＵＩＤ素子によって地磁気を直接検出することが可
能となる。すなわち、第４図は本発明実施例のＳＱＵＩ
Ｄ素子Ｓを用いて磁力計を構成した場合の要部構成図
で、コイル５４、増幅器５５等の従来と同等の信号処理
回路にＳＱＵＩＤ素子Ｓを結合させ、このＳＱＵＩＤ素
子Ｓに被検出磁界φxを直接印加している。
なお、以上の実施例では、ジョセフソン接合１ａを有す
る超電導ループ１に１個のループ状のグランドプレーン
３を対向配置した例を示したが、第２図に示される超電
導ループ１の上方に絶縁層を介して更に同様のグランド
プレーンを配置し、超電導ループ１を２個のグランドプ
レーンで挟み込む構造等をも採用することができる。
る超電導ループ１に１個のループ状のグランドプレーン
３を対向配置した例を示したが、第２図に示される超電
導ループ１の上方に絶縁層を介して更に同様のグランド
プレーンを配置し、超電導ループ１を２個のグランドプ
レーンで挟み込む構造等をも採用することができる。
また、超電導ループ１、グランドプレーン３の材質は、
Ｎb合金等の金属系超電導材料のほか、セラミックス系
の高温超電導材料を採用し得ることは勿論である。ただ
し、この場合、基板はもとより絶縁層についても、例え
ばＳｒＴｉＯ3やＺｒＯ2等の高温超電導薄膜の成長可能
な材料を選択する必要がある。
Ｎb合金等の金属系超電導材料のほか、セラミックス系
の高温超電導材料を採用し得ることは勿論である。ただ
し、この場合、基板はもとより絶縁層についても、例え
ばＳｒＴｉＯ3やＺｒＯ2等の高温超電導薄膜の成長可能
な材料を選択する必要がある。
更に、以上の実施例では、ループ内に１個のジョセフソ
ン接合を持つrfＳＱＵＩＤ素子について説明したが、２
個のジョセフソン接合をループ内に有するdcＳＱＵＩＤ
素子についても本発明を適用することができる。この場
合、２個のジョセフソン接合にそれぞれ対応させてグラ
ンドプレーンには２個の切欠きを設ければよい。
ン接合を持つrfＳＱＵＩＤ素子について説明したが、２
個のジョセフソン接合をループ内に有するdcＳＱＵＩＤ
素子についても本発明を適用することができる。この場
合、２個のジョセフソン接合にそれぞれ対応させてグラ
ンドプレーンには２個の切欠きを設ければよい。
＜発明の効果＞ 以上説明したように、本発明によれば、ジョセフソン接
合を有する超電導ループに対向させて、この超電導ルー
プと略同等の内外径寸法を持つグランドプレーンを対向
配置することにより、超電導ループの線厚ｔを実質的に
大幅に厚くし、これによって形状効果による磁界のエッ
ジ部への集中を大幅に緩和することができ、地磁気に直
接さらしても超電導ループの完全超電導性が失われるこ
とのないＳＱＵＩＤ素子が得られる。その結果、磁気探
査等に用いる磁力計において、検出コイルや入力コイ
ル、更には磁気シールドのための超電導ホルダ等が不要
となり、装置の小型化が達成される。同時に、外部磁界
をＳＱＵＩＤ素子によって直接検出するから、検出コイ
ルによって外部磁界を検出して所定の伝達率のもとにＳ
ＱＵＩＤ素子に伝達する従来の方式に比して、その検出
感度を向上させることができる。
合を有する超電導ループに対向させて、この超電導ルー
プと略同等の内外径寸法を持つグランドプレーンを対向
配置することにより、超電導ループの線厚ｔを実質的に
大幅に厚くし、これによって形状効果による磁界のエッ
ジ部への集中を大幅に緩和することができ、地磁気に直
接さらしても超電導ループの完全超電導性が失われるこ
とのないＳＱＵＩＤ素子が得られる。その結果、磁気探
査等に用いる磁力計において、検出コイルや入力コイ
ル、更には磁気シールドのための超電導ホルダ等が不要
となり、装置の小型化が達成される。同時に、外部磁界
をＳＱＵＩＤ素子によって直接検出するから、検出コイ
ルによって外部磁界を検出して所定の伝達率のもとにＳ
ＱＵＩＤ素子に伝達する従来の方式に比して、その検出
感度を向上させることができる。
第１図は本発明実施例の模式的構造説明図、 第２図はそのII−II断面図、 第３図はその作用説明図、 第４図は本発明実施例を用いた磁力計の要部構成図、 第５図は従来のＳＱＵＩＤ磁力計の要部の基本構成図、 第６図は従来のＳＱＵＩＤ素子の構成図、 第７図はその外部磁界による作用説明図である。 １……超電導ループ １ａ……ジョセフソン接合 ２……絶縁層 ３……グランドプレーン ３ａ……切欠き ４……基板
Claims (1)
- 【請求項１】ジョセフソン接合を含むワンターンの超電
導ループに、絶縁層を介してこのループと内外径寸法が
略同等で、かつ、上記ジョセフソン接合に対応する位置
に切欠きを備えたループ状のグランドプレーンを対向配
置してなる、ＳＱＵＩＤ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63279151A JPH0636021B2 (ja) | 1988-11-04 | 1988-11-04 | Ｓｑｕｉｄ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63279151A JPH0636021B2 (ja) | 1988-11-04 | 1988-11-04 | Ｓｑｕｉｄ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02126173A JPH02126173A (ja) | 1990-05-15 |
| JPH0636021B2 true JPH0636021B2 (ja) | 1994-05-11 |
Family
ID=17607158
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63279151A Expired - Lifetime JPH0636021B2 (ja) | 1988-11-04 | 1988-11-04 | Ｓｑｕｉｄ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0636021B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS602796A (ja) * | 1983-06-15 | 1985-01-09 | 石川島播磨重工業株式会社 | クラウン制御ロ−ル |
| DE3769201D1 (de) * | 1986-05-21 | 1991-05-16 | Siemens Ag | Squid-magnetometer fuer eine vorrichtung zur messung schwacher magnetfelder. |
-
1988
- 1988-11-04 JP JP63279151A patent/JPH0636021B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02126173A (ja) | 1990-05-15 |
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