JPH0799385B2 - 超電導磁界検出素子 - Google Patents
超電導磁界検出素子Info
- Publication number
- JPH0799385B2 JPH0799385B2 JP62189346A JP18934687A JPH0799385B2 JP H0799385 B2 JPH0799385 B2 JP H0799385B2 JP 62189346 A JP62189346 A JP 62189346A JP 18934687 A JP18934687 A JP 18934687A JP H0799385 B2 JPH0799385 B2 JP H0799385B2
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- JP
- Japan
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- magnetic field
- superconducting
- ceramic layer
- superconductor
- detecting element
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- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は微弱な磁界を高感度に検出する超電導磁界検出
素子に関するものである。
素子に関するものである。
＜従来の技術＞ 従来より磁気を検出する方法として、例えば半導体や磁
性材料を用いた磁気抵抗効果素子が広く利用されてお
り、特に高電子移動度の半導体InSb,InAs等の形状効果
と強磁性体金属Fe−Ni（パーマロイ）,Co−Ni等の配向
効果を用いた素子が実用化されている。
性材料を用いた磁気抵抗効果素子が広く利用されてお
り、特に高電子移動度の半導体InSb,InAs等の形状効果
と強磁性体金属Fe−Ni（パーマロイ）,Co−Ni等の配向
効果を用いた素子が実用化されている。
上記した半導体InSb,InAsを用いた磁気抵抗効果素子の
磁界に対する抵抗変化率は第６図に示すように二乗曲線
に沿う特性であり、また強磁性体金属Fe−Niからなる磁
気抵抗効果素子の磁界に対する抵抗変化率を第７図に示
している。
磁界に対する抵抗変化率は第６図に示すように二乗曲線
に沿う特性であり、また強磁性体金属Fe−Niからなる磁
気抵抗効果素子の磁界に対する抵抗変化率を第７図に示
している。
＜発明が解決しようとする問題点＞ しかし、上記した従来の磁気抵抗効果素子は、例えば第
６図に示すように、普通磁界が弱いときには抵抗の変化
が小さく、そのため第７図に示すように予め永久磁石等
によって磁気バイアスをかけて、感度を向上させるよう
にしているが、いずれにしても従来の磁気抵抗効果素子
は弱い磁界の検出感度が極めて少なく微弱信号磁界に対
して高感度に動作する検出素子の開発が望まれていた。
６図に示すように、普通磁界が弱いときには抵抗の変化
が小さく、そのため第７図に示すように予め永久磁石等
によって磁気バイアスをかけて、感度を向上させるよう
にしているが、いずれにしても従来の磁気抵抗効果素子
は弱い磁界の検出感度が極めて少なく微弱信号磁界に対
して高感度に動作する検出素子の開発が望まれていた。
本発明は上記の点に鑑みて創案されたものであり、微弱
信号磁界を高感度に検出する、従来の検出素子とは異な
る新規な現象にもとずく作用をなす優れた高感度特性を
有する超電導磁界検出素子を提供することを目的として
いる。
信号磁界を高感度に検出する、従来の検出素子とは異な
る新規な現象にもとずく作用をなす優れた高感度特性を
有する超電導磁界検出素子を提供することを目的として
いる。
＜問題点を解決するための手段及び作用＞ 上記の目的を達成するため、本発明の超電導磁界検出素
子は、超電導体粒子から成り、粒界あるは粒子の一部に
常電導物質、絶縁体あるいは磁界によって常電導となる
超電導物質を含んだ超電導体セラミックス層と、この超
電導体セラミックス層に電流を流すための一対の第１の
電極と、電圧を検出するための一対の第２の電極とを備
え、低磁界によって超電導を示す波動領域を表したコヒ
ーレント長が短くなりトンネル効果を示さなくなること
によって急峻な抵抗変化を呈するように構成している。
子は、超電導体粒子から成り、粒界あるは粒子の一部に
常電導物質、絶縁体あるいは磁界によって常電導となる
超電導物質を含んだ超電導体セラミックス層と、この超
電導体セラミックス層に電流を流すための一対の第１の
電極と、電圧を検出するための一対の第２の電極とを備
え、低磁界によって超電導を示す波動領域を表したコヒ
ーレント長が短くなりトンネル効果を示さなくなること
によって急峻な抵抗変化を呈するように構成している。
超電導体は理想的な超電導状態では、電気抵抗が零であ
り、マイナス−効果を示すため、臨界磁場以内では、超
電導体内部磁界は入らず、抵抗変化を示すことはありえ
ない。しかし、超電導体の中に一部常電導物質，絶縁体
あるいは磁界によって常電導体になる物質を含むように
構成すれば、磁界中において、超電導体の表面に電流が
流れ、コヒーレント長が短くなり、トンネル効果がなく
なるため、抵抗零の状態がくずれて抵抗増加を示し、磁
界が高感度に検出されることになる。
り、マイナス−効果を示すため、臨界磁場以内では、超
電導体内部磁界は入らず、抵抗変化を示すことはありえ
ない。しかし、超電導体の中に一部常電導物質，絶縁体
あるいは磁界によって常電導体になる物質を含むように
構成すれば、磁界中において、超電導体の表面に電流が
流れ、コヒーレント長が短くなり、トンネル効果がなく
なるため、抵抗零の状態がくずれて抵抗増加を示し、磁
界が高感度に検出されることになる。
本発明の超電導磁界検出素子は、高温超電導体セラミッ
クス層の作製に際して粒界や気泡、組成を制御し、磁界
零付近の検出感度が、従来の半導体や磁性材料からなる
磁気抵抗効果素子と全く異なる原理にもとづく高感度磁
気検出を具現化したものである。即ち、本発明の超電導
磁界検出素子は、超電導体の一部に常電導物質，絶縁体
あるいは磁界で常電導体となる物質を含み、磁界により
コヒーレント長（超電導を示す波動領域）が短くなっ
て、トンネル効果が無くなることにより、磁界を高感度
に検出するものであり、感度特性は従来の磁気抵抗効果
素子とは異なり、微弱磁界に対して急峻な抵抗変化を示
す。
クス層の作製に際して粒界や気泡、組成を制御し、磁界
零付近の検出感度が、従来の半導体や磁性材料からなる
磁気抵抗効果素子と全く異なる原理にもとづく高感度磁
気検出を具現化したものである。即ち、本発明の超電導
磁界検出素子は、超電導体の一部に常電導物質，絶縁体
あるいは磁界で常電導体となる物質を含み、磁界により
コヒーレント長（超電導を示す波動領域）が短くなっ
て、トンネル効果が無くなることにより、磁界を高感度
に検出するものであり、感度特性は従来の磁気抵抗効果
素子とは異なり、微弱磁界に対して急峻な抵抗変化を示
す。
＜実施例＞ 以下、本発明を実施例を挙げて詳細に説明する。
まず、本発明の一実施例において用いる超電導体セラミ
ックス層、即ち粒界あるいは粒子の一部に常電導物質，
絶縁物及びまたは磁界によって常電導となる超電導物質
を含んだ超電導体セラミックス層を得るために、次の工
程によりセラミックス層を形成した。
ックス層、即ち粒界あるいは粒子の一部に常電導物質，
絶縁物及びまたは磁界によって常電導となる超電導物質
を含んだ超電導体セラミックス層を得るために、次の工
程によりセラミックス層を形成した。
まず、最近高温超電導体として発表されたBa2Y1Cu3Ox系
の超電導体を得るために、BaCO3,Y2O3,CuOを所定量秤量
し、充分に分散混合した微粒子を900℃５時間空気中で
仮焼成行った。次に、再び粉砕，分散させ均一な微粒子
（１μｍφ以下）からなる粉体を作り、加圧力1ton/cm2
にて円状のペレットを作製した。加圧成形には、ゴム状
のホルダーに粉体を入れ静水圧下でペレットを作製して
もよい。次に本焼成を充分な酸素中で1000℃３時間保持
し、200℃まで５時間で降温させ、ペレット状の本発明
の実施例で用いるサンプルＡを作った。又同一の仮焼成
のサンプルを従来公知の一般的な条件である空気中で95
0℃200時間保持し、200℃までゆっくり降温（３℃／
分）させたペレット状の比較サンプルＢを作製した。Ｘ
線回折による巨視的な材料評価では、サンプルA.Bとも
斜方晶の単一相であった。
の超電導体を得るために、BaCO3,Y2O3,CuOを所定量秤量
し、充分に分散混合した微粒子を900℃５時間空気中で
仮焼成行った。次に、再び粉砕，分散させ均一な微粒子
（１μｍφ以下）からなる粉体を作り、加圧力1ton/cm2
にて円状のペレットを作製した。加圧成形には、ゴム状
のホルダーに粉体を入れ静水圧下でペレットを作製して
もよい。次に本焼成を充分な酸素中で1000℃３時間保持
し、200℃まで５時間で降温させ、ペレット状の本発明
の実施例で用いるサンプルＡを作った。又同一の仮焼成
のサンプルを従来公知の一般的な条件である空気中で95
0℃200時間保持し、200℃までゆっくり降温（３℃／
分）させたペレット状の比較サンプルＢを作製した。Ｘ
線回折による巨視的な材料評価では、サンプルA.Bとも
斜方晶の単一相であった。
次に、第１図に示すようにサンプルＡの超電導体セラミ
ックス層１の表面に電流を流すための１対の第１の電極
2,2及び電圧を検出するための１対の第２の電極3,3とし
て、密着性の良いTi電極を蒸着して付設し、更にそれら
の電極に銀ペースト4,4,5,5にてリード線を固定して超
電導磁界検出素子を作製し、各リード線を定電流回路６
及び検出出力回路部７に接続した。また同様に比較サン
プルＢについても密着性の良いTi電極を蒸着し、その上
に銀ペーストにてリード線を固定した。
ックス層１の表面に電流を流すための１対の第１の電極
2,2及び電圧を検出するための１対の第２の電極3,3とし
て、密着性の良いTi電極を蒸着して付設し、更にそれら
の電極に銀ペースト4,4,5,5にてリード線を固定して超
電導磁界検出素子を作製し、各リード線を定電流回路６
及び検出出力回路部７に接続した。また同様に比較サン
プルＢについても密着性の良いTi電極を蒸着し、その上
に銀ペーストにてリード線を固定した。
電子顕微鏡による微視的な観察では、比較サンプルＢは
比較的丸味（３〜５μｍφ）を持つ粒子からなるセラミ
ックスであるが、本発明に係るサンプルＡは第２図に示
すように丸味を持つ粒子11以外に矩形（３×３×10μ
ｍ）の粒子12も一部含まれており、矩形粒子12は、均一
な組成をもつ粒子11（Y1Ba2Cu3Ox）に比べて、Cu組成が
多く、Ba,Yの組成は少ない常電導体あるいは絶縁体また
は磁界により常電導となる超電導体物質よりなる粒子で
あり、また粒子11,12の間には不純物を含んだ粒界もし
くは粒間13が存在し、更に気泡14が存在した状態となっ
ていた。
比較的丸味（３〜５μｍφ）を持つ粒子からなるセラミ
ックスであるが、本発明に係るサンプルＡは第２図に示
すように丸味を持つ粒子11以外に矩形（３×３×10μ
ｍ）の粒子12も一部含まれており、矩形粒子12は、均一
な組成をもつ粒子11（Y1Ba2Cu3Ox）に比べて、Cu組成が
多く、Ba,Yの組成は少ない常電導体あるいは絶縁体また
は磁界により常電導となる超電導体物質よりなる粒子で
あり、また粒子11,12の間には不純物を含んだ粒界もし
くは粒間13が存在し、更に気泡14が存在した状態となっ
ていた。
次に、液体窒素（77K）中にサンプルＡ及び比較サンプ
ルＢを入れ、四端子法で電気抵抗の測定を行った。磁界
のない場合は、サンプルＡ及び比較サンプルＢとも抵抗
は零である。又、比較サンプルＢは0.5Kガウスまで磁界
を印加しても抵抗は零を示していた。しかし、本発明に
係るサンプルＡは数十ガウスの磁界に対して抵抗の変化
が高感度に現われ、その磁界に対する変化は、従来の半
導体や磁性体などの磁気抵抗型センサの磁界に対する抵
抗変化（第６図，第７図）の様に二乗曲線に沿った特性
ではなく、第４図に示すごとく全く異った急峻な特性を
示し、したがって、第７図の様に磁気バイアスを加える
ことなく、零磁界近傍の抵抗変化は急峻であり、極めて
大きなものであった。また、これらの特性は、同一組
成，同一熱処理条件で作製したサンプルについて再現性
があった。
ルＢを入れ、四端子法で電気抵抗の測定を行った。磁界
のない場合は、サンプルＡ及び比較サンプルＢとも抵抗
は零である。又、比較サンプルＢは0.5Kガウスまで磁界
を印加しても抵抗は零を示していた。しかし、本発明に
係るサンプルＡは数十ガウスの磁界に対して抵抗の変化
が高感度に現われ、その磁界に対する変化は、従来の半
導体や磁性体などの磁気抵抗型センサの磁界に対する抵
抗変化（第６図，第７図）の様に二乗曲線に沿った特性
ではなく、第４図に示すごとく全く異った急峻な特性を
示し、したがって、第７図の様に磁気バイアスを加える
ことなく、零磁界近傍の抵抗変化は急峻であり、極めて
大きなものであった。また、これらの特性は、同一組
成，同一熱処理条件で作製したサンプルについて再現性
があった。
上記の実施例の検出素子によれば、急峻な抵抗変化特性
が得られるが、この動作は本発明の超電導体セラミック
ス層の構造にもとづいて次のように説明することが出来
る。即ち、丸味を帯びた粒子11は超電導体であるが、粒
界13や矩形状粒子12は粒子11と同様の超電導体ではなく
（常電導物質，絶縁体，微弱磁界によって常電導となる
超電導物質等）、外部磁界のないときは、トンネル効果
のため、粒界13や矩形状粒子12を電流が通過し、セラミ
ックス全体は超電導状態を示すが、外部磁界が印加され
ると第３図に示すようにコヒーレント長（超電導を示す
波動領域）が短くなり、その結果粒界13や矩形状粒子12
を電流が通過しなくなり、抵抗が現われ、磁界感度を示
すことになる。なお、第３図において、実線ａは磁界零
のときのコヒーレント長、破線ｂは磁界印加時のコヒー
レント長をそれぞれ示している。
が得られるが、この動作は本発明の超電導体セラミック
ス層の構造にもとづいて次のように説明することが出来
る。即ち、丸味を帯びた粒子11は超電導体であるが、粒
界13や矩形状粒子12は粒子11と同様の超電導体ではなく
（常電導物質，絶縁体，微弱磁界によって常電導となる
超電導物質等）、外部磁界のないときは、トンネル効果
のため、粒界13や矩形状粒子12を電流が通過し、セラミ
ックス全体は超電導状態を示すが、外部磁界が印加され
ると第３図に示すようにコヒーレント長（超電導を示す
波動領域）が短くなり、その結果粒界13や矩形状粒子12
を電流が通過しなくなり、抵抗が現われ、磁界感度を示
すことになる。なお、第３図において、実線ａは磁界零
のときのコヒーレント長、破線ｂは磁界印加時のコヒー
レント長をそれぞれ示している。
また、上記実施例において、加圧力を0.5ton/cm2に代え
て円状のペレットを作製した以外は同様の条件で作製し
て超電導セラミックスの充てん率を90％以下にし、表面
粗度を１μｍ以上にすると、磁界に対する感度が向上す
ることが分った。更に充てん率を85％以下にし、連続気
泡14（第２図参照）を増すか、レーザーで微細な穴を開
けることによっても磁界に対する感度が向上することを
見い出した。
て円状のペレットを作製した以外は同様の条件で作製し
て超電導セラミックスの充てん率を90％以下にし、表面
粗度を１μｍ以上にすると、磁界に対する感度が向上す
ることが分った。更に充てん率を85％以下にし、連続気
泡14（第２図参照）を増すか、レーザーで微細な穴を開
けることによっても磁界に対する感度が向上することを
見い出した。
更に、第５図に示す如くサンプルＡをダイシングで接断
し、１×2mm角の小さな素子21に加工しても同一特性を
示し、量産プロセスに対応することも可能であり、冷却
媒体26と定電流回路24、アンプ25を含む回路基板28と本
素子21をリード線27で結んだ小型の超電導磁気検出素子
を試作し、本発明の動作を確認した。
し、１×2mm角の小さな素子21に加工しても同一特性を
示し、量産プロセスに対応することも可能であり、冷却
媒体26と定電流回路24、アンプ25を含む回路基板28と本
素子21をリード線27で結んだ小型の超電導磁気検出素子
を試作し、本発明の動作を確認した。
なお、上記実施例においては、超電導セラミックスとし
てＹ−Ba−Cu−Ｏ系を例にして説明したが、本発明はこ
れに限定されることなく、例えばLa−Ba−Cu−Ｏ系,Y−
Sr−Ba−Cu−Ｏ系等のIII a族元素,II a族元素，銅（C
u）元素及び酸素（Ｏ）元素を構成元素とした超電導セ
ラミックスを用いても同様に実施することが出来ること
は言うまでもない。
てＹ−Ba−Cu−Ｏ系を例にして説明したが、本発明はこ
れに限定されることなく、例えばLa−Ba−Cu−Ｏ系,Y−
Sr−Ba−Cu−Ｏ系等のIII a族元素,II a族元素，銅（C
u）元素及び酸素（Ｏ）元素を構成元素とした超電導セ
ラミックスを用いても同様に実施することが出来ること
は言うまでもない。
＜発明の効果＞ 以上のように、本発明の超電導磁界検出素子は従来の素
子特性と全く異なり、微小磁界に対して高感度に磁界検
出を行なうことが出来、磁界の極性に関係なく高速に応
答するものである。
子特性と全く異なり、微小磁界に対して高感度に磁界検
出を行なうことが出来、磁界の極性に関係なく高速に応
答するものである。
今後高温超電導体の臨界温度の進展に伴って、本発明の
高感度磁界検出素子は、信頼性，安定性，高感度を要求
される計測用，医療用，産業用など幅広い分野に応用さ
れる。
高感度磁界検出素子は、信頼性，安定性，高感度を要求
される計測用，医療用，産業用など幅広い分野に応用さ
れる。
第１図は本発明の一実施例素子の基本構成を示す斜視
図、第２図は本発明の一実施例において用いられる超電
導体セラミック層の微視的構造を模式的に示す図、第３
図は本発明素子の動作説明に供する図、第４図は本発明
の一実施例素子の磁界に対する抵抗変化を示す特性図、
第５図は本発明の他の実施例としての素子をチップ化
し、冷却装置及び回路装置部と一体化した構造の超電導
磁界検出素子を示す斜視図、第６図は磁性体からなる磁
気抵抗効果素子の磁界に対する抵抗変化率を示す特性
図、第７図は半導体からなる磁気抵抗効果素子の磁界に
対する抵抗変化率を示す特性図である。 １……超電導体セラミックス、2,2……第１の電極、3,3
……第２の電極、4,4,5,5……銀ペースト、６……定電
流回路、７……検出出力回路部。
図、第２図は本発明の一実施例において用いられる超電
導体セラミック層の微視的構造を模式的に示す図、第３
図は本発明素子の動作説明に供する図、第４図は本発明
の一実施例素子の磁界に対する抵抗変化を示す特性図、
第５図は本発明の他の実施例としての素子をチップ化
し、冷却装置及び回路装置部と一体化した構造の超電導
磁界検出素子を示す斜視図、第６図は磁性体からなる磁
気抵抗効果素子の磁界に対する抵抗変化率を示す特性
図、第７図は半導体からなる磁気抵抗効果素子の磁界に
対する抵抗変化率を示す特性図である。 １……超電導体セラミックス、2,2……第１の電極、3,3
……第２の電極、4,4,5,5……銀ペースト、６……定電
流回路、７……検出出力回路部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−17175（ＪＰ，Ａ) Ｃ．Ｗ．Ｃｈｕ，ｅｔ ａｌ．：Ｐｈｙ ｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．58 Ｎ ｏ．４，26 Ｊａｎｕａｒｙ 1987 Ｐ Ｐ．405−407
Claims (3)
- 【請求項１】超電導体粒子から成り、粒界あるは粒子の
一部に常電導物質、絶縁体あるいは磁界によって常電導
となる超電導物質を含んだ超電導体セラミックス層と、 該超電導体セラミックス層に電流を流すための一対の第
１の電極と 前記超電導体セラミックス層の電圧を検出するための一
対の第２の電極とを備え、 低磁界によって超電導を示す波動領域を表したコヒーレ
ント長が短くなりトンネル効果を示さなくなることによ
って急峻な抵抗変化を呈することを特徴とする超電動磁
界検出素子。 - 【請求項２】前記超電導体セラミック層の表面粗度を１
μｍ以上となしたことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の超電導磁界検出素子。 - 【請求項３】前記超電導体セラミック層はその内部に微
細な連続気泡を含んでなることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の超電導磁界検出素子。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62189346A JPH0799385B2 (ja) | 1987-07-29 | 1987-07-29 | 超電導磁界検出素子 |
| DE88307044T DE3884514T2 (de) | 1987-07-29 | 1988-07-29 | Verfahren und Anordnung zum Nachweisen eines Magnetfeldes mittels der Magneto-widerstandseigenschaften eines supraleitenden Materials. |
| EP88307044A EP0301902B1 (en) | 1987-07-29 | 1988-07-29 | Method and device for sensing a magnetic field with use of a magneto-resistive property of a superconductive material |
| AT88307044T ATE95316T1 (de) | 1987-07-29 | 1988-07-29 | Verfahren und anordnung zum nachweisen eines magnetfeldes mittels der magnetowiderstandseigenschaften eines supraleitenden materials. |
| US07/226,067 US5011818A (en) | 1987-07-29 | 1988-07-29 | Sensing a magnetic field with a super conductive material that exhibits magneto resistive properties |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62189346A JPH0799385B2 (ja) | 1987-07-29 | 1987-07-29 | 超電導磁界検出素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6432183A JPS6432183A (en) | 1989-02-02 |
| JPH0799385B2 true JPH0799385B2 (ja) | 1995-10-25 |
Family
ID=16239793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62189346A Expired - Lifetime JPH0799385B2 (ja) | 1987-07-29 | 1987-07-29 | 超電導磁界検出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0799385B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5917175A (ja) * | 1982-07-20 | 1984-01-28 | Aisin Seiki Co Ltd | 極低温用磁場検出素子 |
-
1987
- 1987-07-29 JP JP62189346A patent/JPH0799385B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｃ．Ｗ．Ｃｈｕ，ｅｔａｌ．：Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．５８Ｎｏ．４，２６Ｊａｎｕａｒｙ１９８７ＰＰ．４０５−４０７ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6432183A (en) | 1989-02-02 |
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