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

Description

Vynález sa týká hybridného toroidnéhodvojiderového snímača SQUID s vysokofrek-venčným budením, určeného pre supravodivékvantové magnetometre používané na me-ranie velmi slabých magnetických polí.

Supravodivé snímače SQUID s vysokofrek-venčným budením pracujú na principe vy-užitia Josephsonovho javu a sú v podstatětvořené supravodivými prstencami s vlože-ným Josephsonovým spojom. U prstencovvytvořených z masívneho supravodiča spra-vidla je tento spoj tvořený velmi jemnýmdotykem ostrého hrotu skrutky zo supravo-divého materiálu a u prstencov zhotovenýchtechnológiou tenkých vrstiev tenkým supra-vodivým submikronmetrovým mostikom, ale-bo tunelovým spojom. Základným problé-mem v prvom případe je nastavenie a dosia-hnutie dlhodobej stability jemného dotykuhrotu. V druhom případe sú to problémy sdosiahnutím dostatočne tesnej induktívnejvazby meraného signálu na snímač. Tietonedostatky sa v menšej miere prejavujú uhybridných snímačov SQUID, u ktorých sapoužívá kombinácia prstenca z masívnehosupravodiča a tenkovrstvového Joeephsonov-ho spoja. Doteraz najrozšírenejšie hybridnětoroidné snímače SQUID s vysokofrekvenč-ným budením používajú tenkovrstvové spojes galvanickým dotykom na steny štrbiny, čoje příčinou nestability a zníženej životnostisnímačov. Hybridně snímače s induktívnouvazbou tenko vrstvových Josephsonovýchstruktur na masívny supravodivý prstenec vznámých jedno- i dvojdierových prevede-niach majú v porovnaní s nimi zníženú cit-livost spósobenú nižším výsledným koefi-cientom vazby vstupných vázobných cievokna tenkovrstvový SQUID.

Uvedené nedostatky v podstatnej miereodstraňujú hybridný toroidný dvojdierovýsnímač SQUID podl’a vynálezu, ktorého pod-stata spočívá v tom, že vo vnútri základné-ho supravodivého telesa sú dve toroidné du-tiny navzájom oddělené prstencem, ktoré súspojené koaxiálnou štrbinou. V prstenci jepriečna štrbina, do ktorej je vložený tenko-vrstvový dvojslučkový SQUID, ktorého jed-na slučka je induktivně spojená s jednoutoroidnou dutinou a druhá slučka s druhoutoroidnou dutinou, alebo je tenkovrstvovýdvojslučkový SQUID vložený do radiálnejštrbiny v strednej časti základného supravo-divého telesa a jeho ohidve slučky sú induk-tivně spojené s jednou toroidnou dutinou. Vtoroidných dutinách je vstupná supravodivácievka pozostávajúca z dvoch sériovo spo-jených sekcií a vysokofrekvenční budiacaa spátnovSzoibná cievka pozostávajúca tiežz dvoch sériovo spojených sekcií, pričom jed-na sekcia každej cievky je vložená do jed-nej spoločnej toroidnej dutiny a druhé šek-ele, protifázovo vinuté oproti prvým sekciám,sú vložené do druhej toroidnej dutiny. Nie-ktoré zo sekcií cievok můžu byť aj volné.Vývody cievok sú vyvedené cez otvory v čel-ných stěnách základného supravodivého te- lesa. V prstenci může byť viac priečnychštrbín, do ktorých sú vložené tenkovrstvovédvojslučkové SQUID-y. Podobné v strednejčasti základného supravodivého telesa mů-žu byť až dve radiálně štrbiny, do ktorýchsú vložené dva tenkovrstvové dvojslučkovéSQUID-y, pričom jeden z nich má ohidve sluč-ky induktivně spojené s jednou toroidnoudutinou a druhý s druhou toroidnou duti-možu byť súčasne vložené aj v priečnych ajv radiálnych štrbinách. Výhodou vynálezu je lepšila vazba vstup-ných cievok a tým aj vstupného^ signálu natenkovrstvový SQUID. Přitom dve toroidnédutiny použitelné pre vstupné cievky umož-ňujú aj pri malých rozměrech dosiahnúť váč-šiu vstupnú indukčnost supravodivých kvan-tových magnetometrov, čo bývá obvykleproblémom. Uzavretý toroidný tvar zabez-pečuje aj vysoký stupeň odolnosti voči von-kajším rušivým magnetickým poliam a uleh-čuje hermetizáciu snímača zlepšujúcu dlho-dobú stabilitu parametrov vloženého tenko-vrstvového dvojslučkového SQUIDu.

Vnútorná štruktúra snímača přitom umož-ňuje jednoducho využit aj špeciálny pra-covný režim využívajúci interferenčněefekty vznikajúce pri použití viacerýchtenkovrstvýcih dvojslučkových SQUID-ov.

Variant s priečnou štrbinou v prstencidovoluje používat tenkovrstvové SQUID-ys malou vzájomnou vzdialenostou ich slu-čiek nezávisle od velkosti priemeru toroid-ných dutin. Pri zvačšovaní priemeru toroid-ných dutin proto nedochádza k zhoršovaniuvázobných pomerov. Podstatnou přednostouje, že dovoluje využit přednosti tenkovrstvoi-vých technologií výroby Josephsonovýchspojov, čo spolu s technologicky pre kon-štrukciu a výrobu výhodným tvarom jeho zá-kladného supravodivého telesa a pravoúh-lým tvarom nosnej deštičky tenkovrstvové-ho SQUID-u bez mechanických otvorov, za-bezpečuje rozhodujúce podmienky pre uplat-nenie v sériovej výrobě.

Na pripojenom výkrese na obr. 1 je zná-zorněný pohlad na vnútorné usporiadaniesnímača s priečnou štrbinou v prstenci. Naobr. 2 je pohlad na snímač s radiálnou štr-binou v strednej časti základného supravo-divého' telesa. Na obr. 3 je naznačený tvartenkovrstvového dvojslučkového SQUID-u skrížikom vyznačeným Josephsonovým spo-jom a čierne vyznačenou napařenou vrst-vou supravodivého materiálu. Na obr. 4 jeznázorněné uloženie vstupnej supravodiveja vysokofrekvenčnej budiacej a spátnová-zobnej cievky. V základnám supravodivom telese, ktorétvoří súčasne vonkajší plášť snímača, sú sú-osovou umiestnené dve toroidné dutiny 2,ktoré sú oddělené prstencom 3 tvoriacimsúčasť základného supravodivého telesa 1.Toroidné dutiny 2 sú navzájom spojené ko-axiálnou štrbinou 4, ktorá vzniká medzi prs-tencom 3 a střednou častou 8 základnéhosupravodivého telesa 1. Do prieonej štrbiny

Claims (5)

253677 5 v prstenci 3 je vložený tenkovrstvový dvoj-slučkový SQUID 6 doštičkového tvaru tak, žejedna jeho slučka má induktívnu vazbu sjednou toroidnou dutinou 2 ,a druhá s dru-hou toroidnou dutinou 2. Alternativně možebyť tenkovrstvový dvojslučkový SQUID 6vložený do radiálnej štrbiny 7 v strednejčasti 8 základného supravodivého' telesa 1tak, že jeho obidve slučky sú induktivněspojené s jednou toroidnou dutinou 2. V to-roidných dutinách 2 je vložená vstupná sup-ravodivá cievka a vysokofrekvenčná budia-ca cievka, ktorá plní obvykle aj úlohy ciev-ky spátno-vazobnej. Vstupná supravodivácievka pozostáva zo sekcií 9, 10, ktoré súspojené v sérii a každá sa nachádza v inejtoroidnej dutině. Sekcie 9, 10 sú přitom vi-nuté navzájom protifázove. Podobné vyso-kofrekvenčná budiaca a spatnovázobná ciev-ka sa skládá zo sériovo v protifázy zapoje-ných, sekcií 11, 12. Každá z nich je přitomv inej toroidnej dutině 2. Pře funkciu sní-mača postačuje, keď je použitá len jedna zosekcií 9, 10 alebo len jedna zo sekcií 11, 12.Varianty možných konfigurácií sa prejaviahlavně v zmene vstupnej indukčnosti supra- vodivých kvantových magnetometrov, v kte-rých je snímač použitý. Vývody cievok súvyvedené cez otvory 13 v čelných stěnách14 základného supravodivého telesa 1. Prerežim činnosti snímača využívajúci interfe-renčně procesy medzi viacerými Josephso-novými spojmi može byť v ňom použitý nie-kolko teinkovrstvových dvojslučkových SQI-D-ov* 6, umlestnených v rovnakom počtepriečnych štrbín 5 vytvořených v prstenci

1. Hybridný toroidný dvojdierový snímačSQUID vyznačujúci sa tým, že v,o vnútri zá-kladného supravodivého telesa (lj sú dvesúosové toroidné dutiny (2) navzájom oddě-lené prstencom (3j, ktoré sú spojené koaxi-álnou štrbinou (4j, pričom v prstenci (3) jepriečna štrbina (5), do ktoréj je vloženýtenkovrstvový dvojslučkový SQUID (6), kte-rého jedna slučka je induktivně spojená sjednou toroidnou dutinou (2) ,a druhá siuč-ka s druhou toroidnou dutinou (2j, alebo jetenkovrstvový dvojslučkový SQUID (6) vlo-žený do radiálnej štrbiny (7) v strednej čas-ti (8) základného* supravodivého* telesa (lj,a jeho obidve slučky sú induktivně spojenés jednou toroidnou dutinou (2).

2. Hybridný toroidný dvojdierový snímačSQUID podlá bodu 1, vyznačujúci sa týra„že v toroidných dutinách (2) jo vstupnásupravodivá cievka pozostávajúca zo* sério-vo spojených sekcií (9, 10) a vysokofrek-venčná budiaca a spátnovazobná cievka po*-zostávajúca zo sériovo spojených sekcií (1112), pričom sekcie (9, 11) sú vložené do jed-nej toroidnej dutiny (2) a sekcie (10, 12), VYNALEZU protifázove vinuté oproti sekciám (9) a (11),sú vložené do druhéj toroidnej dutiny (2),alebo niektoré z,o sekcií (9, 10, 11, 12) súvolné a vývody cievok sú vyvedené cez ot-vory (13) v čelných stěnách (14) základné-ho supravodivého telesa (1).

3. Hybridný toroidný dvojdierový snímačSQUID podlá bodov* 1 a 2, vyznačujúci satým, že v prstenci (3) je viac priečnych štr-bín (5), do ktorých sú vložené tenkovrstvo-vé dvojslučkové SQUID-y (6).

3. Podobné můžu byť použité až dva tenko-vrstvové dvojslučkové SQUID-y 6 vložené dodvoch radiálnych štrbín 7, ktoré sú vytvoře-né v strednej časti 8 základného telesa 1v miestach obidvoch toroidných dutin 2.Přitom možno dosiahnúť aj kombinovaný re-žim činnosti s časťou tenkovrstvových dvoj-slučkových SQUID-ov 6 vložených do radiál-nych štrbín 7 a s časťou do priečnych štr-bín 5. Vynález možno použiť pri výrobě supra-vodivých snímačov SQUID so zvýšenou dlho-dobou stabilitou parametrov* v elektrotech-nickom priemysle a v základnom a apliko-vaném výskume. PREDMET

4. Hybridný toroidný dvojdierový snímačSQUID podlá bodov 1 a 2, vyznačujúci satým, že v strednej časti (8) základného* sup-ravodivého telesa (1) sú dve radiálně štrbi-ny (7), do ktorých sú vložené tenkovrstvo-vé dvojslučkové SQUID-y (6), pričom jedenz nich má obidve slučky induktivně spojenés jednou toroidnou dutinou (2) a druhý sdruhou toroidnou dutinou (2).

5. Hybridný toroidný dvojdierový snímačSQUID podlá bodov 1 až 4, vyznačujúci satým, že tenkovrstvové dvojslučkové SQUID-y (6) sú vložené v* priečnych štrbinách (5) ajv* radiálnych štrbinách (7). 1 list výkresov