CS259559B1 - Two-hole scanner of superconductive quantum magnetometer with josephson thin-layer passage - Google Patents

Description

ČESKOSLOVENSKA SOCIALISTICKÁ REPUBLIKA (19) POPIS VYNALEZU K AUTORSKÉMU OSYEDČENIU 259559 (11) (Bl) (51) Int. Cl.4 G 01 R 33/00 (22) Přihlášené 26 09 86(21) (PV 6939-86.R) (40) Zverejnené 15 03 88 ÚŘAD PRO VYNÁLEZY A OBJEVY (45 J Vydané 15 03 89 (75)

Autor vynálezu ZRUBEC VLADIMÍR ing. CSc., BARTOK KAROL ing.,CIGAŇ ALEXANDER RNDr. CSc., BRATISLAVA (54) Dvojdierový snímač supravodivého kvantového magnetometres ínsephsonovým tenkovrstvovým priechodom 1

Vynález sa lýka dvojdiercvého snhnsčasupravodivého kvantového magnetometres Josepbsonovým tenkovrstvovým tunelo-vým, aleho mystikovým priechodom.

Supravodivé kvantové magnetometre sapoužívajú na meranie magnetických polívelmi nízkých hodnot radové 10-11T a me-nej. Ich snímače využívaní supravodivá in-dukčnú slučku s jedným tzv. Josephsonovýmpriechodom, aleho supravodivá indukčnúslučku s dvoma Josephsonovými ipriechod-mi. V prvom případe sú snímače v odbornejliteratuře označované často ako vf SQUID,v druhom .případe ako dc SQUID. Najvačšierozšírenie doteraz dosiahol snímač v od-bornej literatuře označovaný ako symetric-ký dvojdierový vf SQUID s Josepbsonovýmhrotovým priechodom. Snímač je vytvořenýdvoma paralelné spojenými supravodivýmiindukčnými slučkami elektricky vodivo u-zatvorenými spoločným hrotovým priecho-dom. Josepbsonov priechod je vytvořenývhodným dotykom hrotu jednej supravodi-vé]' elektródy s povrchom druhej protiíah-lej suiprsvodivej elektródy. Často sú elek-tródy vyrobené v tvare skrutiek. Jedna znich je ukončená hrotom, druhá rovinnouplochou kolmou k ose skrutky. Toroidné vfSQUIDY s Josephsonovým hrotovým prie-chodom tvoria značné rozšířená skupinu 2 snímačov s jednou supravodivou índukčnouslučkou elektricky vodivo uzatvorenou hro-tovým priechodom. V súčasnosti existujúdalšie skupiny snímačov, ktoré všeobecnemůžu byť charakterizované sposobom rea-lizácie indukčnej slučky, připadne indukč-ných slučiek, alebo iba spůsobom realizá-cie jednotlivých častí indukčnej, připadneindukčných slučiek, vazbou medzi jednotli-vými časťami indukčnej slučky, použitýmtypom alebo technologickým postupom rea-lizácie Josephsonovho ipriechodu a podobné.Tak například tzv. hybridně skupiny sní-mačov charakterizuje původně snaha využitznáme výhody konštrukcií dvojdierových atoroidných snímačov s Josephsonovým hro-tovým priechodom a nevýhody riešiť zámě-nou ich Josephsonovho priechodu Josephso-novým tunelovým, alebo mostíkovým prie-chodom. Príkladom je tzv. hybridný toroid-ný vf SQUID s tunelovým priechodom. Med-zi hybridně může byť zaradený napříkladaj snímač supravodivého kvantového mag-netometre podlá AO 179 578, ktorý je vy-tvořený zo strednej časti tvaru krubovejdoštičky s dvoma otvormi a z dvoch válco-vých častí prifahlých z obidvoch stráň kstrednej časti a zo zariadenia pre mecha-nické a supravodivé spojenie všetkýchtroch častí. V jeho strednej časti je vytvo- 259559 259559 rený tenkovrstvový dvojdierový vf SQUID smostíkovým priechodom. Úlohou dvoch knej prilahlých válcových častí je znížiťvlastnú indukčnosť SQUIDu a zlepšit vazbusnímača na vstupný a budiaci obvod supra-vodivého kvantového magnetometra.

Hlavně nevýhody íoroidných ako aj dvoj-dierových snímačov, připadne SQUIDov sJosephsonovými hrotovými priechodmi súurčované nevýhodami samotných Josephso-nových hrotových priechodov. Predovšet-kým potřebou nastavenia a fixácie takejvzájomnej polohy elektrod, pri ktorej je vy-tvořený Josephsonov hrotový priechod po-žadovaných parametrov. Spolehlivost Jo-sephsonových hrotových priechodov, ktorúurčuje hlavně ich schopnost' dlhodobo za-chovávat nastavené parametre kontaktnejplochy elektrod hrotového priechodu priteplotnom cyklovaní snímača, stárnutí, o-trasoch a vibráciach a podobné je všeo-becné nízká. Pri hromadnej výrobě sníma-čov s Josephsonovými hrotovými priechod-mi sa musí používat kontrola a triedenie,pričom je jej reprodukovatelnosť a výťaž-nosť poměrně nízká. Pre optimálnu činnostsnímača podlá AO 179 578 sa předpokládádokonalé mechanické a supravodivé spoje-nie všetkých troch častí snímača medzi se-bou. Právě s ním sú spojené hlavně nevý-hody tohoto snímača. Zariadenie pre me-chanické a supravodivé "spojenie všetkýchtroch častí snímača je vytvořené skrutka-mi s maticami so supravodivého kovu, kto-ré sú převlečené cez montáže otvory vstrednej časti snímača a montážně otvoryk nej prilahlých válcových častí.

Hrúbka supravodivej vrstvy tenkovrstvo-vých mostíkových priechodov je rádu 10-7 ma menej. Mostíkové priechody sú preto cit-livé na existenciu vnútorných napatí, při-padne defektov štruktúry v supravodivejvrstvě v oblasti mastíkového spoja alebov jej podložke, ktoré méžu negativné vplý-vať na parametre mostíkového priechodu,připadne zapříčinit jeho zničenie. Už vy-tvorenie indukčných, připadne montážnychotvorov v strednej časti snímača může byťpříčinou vzniku nebezpečných defektovštruktúry. Toto nebezpečenstvo ešte narastápri skrutkovom spojení všetkých troch čas-tí snímača alebo- pri ich prípadnom zaliso-vaní do supravodivej rúrky, lnou nevýho-dou snímača je nesupravodivé spojeniestrednej časti a valcovej časti prilahlej kjej nesupravodivej straně, zhoršujúce tie-nenie vonkajších rušivých magnetickýchpolí a zmenšujúce ich vzájomnú induktívnuvazbu. Nevýhodou realizácie dvojdierovýchhybridných snímačov, u ktorých je samotnýhrotový priechod nahradený tenkovrstvo-vým, napr. mostíkovým, je právě značnácitlivost, a tým aj možnost zničenia samot-ných tenkovrstvových priechodov elektro-statickými výbojmi, nehladiac na ich ďalšienevýhody spojené s realizáciou vazby ten- kovrstvového priechodu na základné in-dukčně teleso snímača.

Uvedené nedostatky odstráňuje dvojdie-rový snímač supravodivého kvantovéhomagnetometra s Josephsonovým tenko vrst-vovým tunelovým alebo mostíkovým prie-chodom, ktorý je vytvořený z dvoch para-lelné spojených supravodivých indukčnýchslučiek, elektricky vodivo uzatvorených Jo-sephsonovým tenkoverstvovým priechodom,ktoré sú vyhotovené z dvoch navzájom me-chanicky a elektricky vodivo spojenýchsupravodivých válcových častí s dvorná po-zdlžnymi indukčnými otvormi spojenými ro-vinnými štrbinami a vnútornej časti, podlávynálezu, ktorého podstata spočívá v tom,že v jednej z válcových častí je vybranie spozdíznou osou zhodnou s osou symetrie jejindukčných otvorov prechádzajúcou stre-dom štrbiny, pre vnútornú část, v ktorejindukčnými otvormi a štrbinou v supravo-divej vrstvě nanesenej na podložke sú vy-tvořené dve indukčně slučky uzatvorené Jo-sepsonovým tunelovým, alebo mostíkovýmpriechodom vytvořeným v střede štrbiny,pričom indukčně otvory válcových častí aindukčně otvory vytvořené v supravodivejvrstvě vnútornej časti sú súosové.

Vynález dvojdierového snímača supravo-divého kvantového magnetometra s Josep-hsonovým tenkovrstvovým priechodom u-možňuje vložit vnútornú část do vybrania,ktoré je vytvořené v jednej z dvoch válco-vých častí snímača, alebo podlá modifiko-vané]' verzie súčasne v obidvoch, čím sazjednodušuje technológie a montáž výrobysnímača a zvyšuje sa jeho spolehlivost,tieniaci účinok proti vonkajším rušivým po-liam a energetická citlivost. Rozdielna díž-ka indukčných otvorov válcových častí po-dlá modifikovanej verzie ulahčuje spojeniea optimalizáciu vazby snímača so vstupný-mi a budiacimi obvodmi supravodivéhokvantového magnetometra. Příklad dvojdierového snímača supravo-divého kvantového magnetometra s Joseph-sonovým tenkovrstvovým priechodom jeznázorněný na pripojenom výkrese, kde naobr. 1 je znázorněná zostava úplného sní-mača v základnom vyhotovení, na obr. 2,3 pohlad na snímač v smere P2 a Pi v uve-denom poradí a na obr. 4 jeho vnútornáčást s Josephsonovým tenkovrstvovým prie-chodom.

Snímač je vytvořený z dv-och rovnako dl-hých válcových častí 1, 2 spojených skrut-kami 17 a 18 a z vnútornej časti 3. Obidveválcové časti 1, 2 sú vytvořené, každá z jed-ného kusu supravodivého materiálu, napří-klad niobu. Rovnoběžně s pozdlžnou osouválcových častí 1, 2 a symetricky k nej súvyhotovené dva indukčně otvory 4, 5 vo val-covej časti 1 a dva rovnaké indukčně otvo-ry 6, 7 vo valcovej časti 2, s rovnakým roz-stupom. Indukčně otvory 4, 5 sú spolu spo-jené úzkou rovinnou štrbinou 8 a rovnako

Claims (3)

1. 259559 indukčně otvory 6, 7 rovinnou štrbinou 9.Štrbiny 8, 9 ležia obvykle v rovině polože-nej osami indukčných otvorov 4, 5, 6 a 7.Vnútorné strany 10, 11 válcových častí 1,2 sú ukončené leštěným rovinným povr-chom. Na vnútornej straně 10 valcovej čas-ti 1 je vyhotovené vybranie 12 pre strednúvnútornú část 3. Vo valcovej časti 1 sú dvamontážně otvory 13, 14 rovnoběžné s jej po-zdlžnou osou. Rovnako vo valcovej časti 2montážně otvory 15, 16. Montážně tvory13, 15 a 14, 1S sú súosové. Osi montážnychotvorov 13, 14, 15, 16 ležia například v ro-vině kolmej na rovinu preloženú osami in-dukčných otvorov 4, 5, 6, 7. Skrutky 17 a18 sú převlečené cez montážně otvory 15 a16 a sú zaskrutkované do odpovedajúcichmontážnych otvorov 13 a 14 s , vnútornýmzávitom. Skrutky 17 a 18 sú vyhotovené zosupravodivého, ale možu byť aj z nesupra-vodivého materiálu. Na vonkajšej straněválcových častí 1 a 2 je vybranie 19 a 20, ktoré úlahčuje spojenie snímača so vstup-ným a budiacim obvodom supravodivéhokvantového magnetometre, pri ktorom savyužívajú otvory 21 a 22. Tretia vnútornáčást 3 snímača je vyhotovená z tenkej ob-dlžnikovej kremíkovej, připadne sklenenejpodložky 23 a na ňu naparenej připadneinak nanesenej tenkej supravodivej vrstvy24, v ktorej sú vytvořené dva indukčněotvory 25 a 26 spojené úzkou štrbinou 27.Josephsonový tenkovrstvový priechod 28 jevytvořený odpovedajúcou štruktúrou vstrednej oblasti štrbiny 27, ktorá je elek-tricky supravodivo spojená so supravodivouvrstvou 24 na obidvoch stranách štrbiny 27. Dvojdierový snímač supravodivého .kvan-tového magnetometra s Josephsonovým ten-kovrstvovým priechodom možno využit vmeracej technike v supravodivých kvanto-vých magnetometroch a pri meraní velmislabých magnetických polí. PREDMET ,1. Dvojdierový snímač supravodivéhokvantového magnetometre s Josephsonovýmtenkovrstvovým priechodom tunelovým ale-bo mostíkovým, ktorý je vytvořený z dvochparalelné spojených supravodivých indukč-ných slučiek, elektricky vodivo uzatvore-ných Josephsonovým tenkovrstvovým prie-chodom, ktoré sú vyhotovené z dvoch na-vzájom mechanicky a elektricky vodivo spo-jených supravodivých válcových častí s dvo-rná pozdlžnymi indukčnými otvormi spoje-nými rovinnými štrbinami a vnútornej časti,vyznačujúci sa tým, že v jednéj z válcovýchčastí (1, 2) je vybranie (12) s pozdížnouosou zhodnou s osou symetrie indukčnýchotvorov (4, 5) v telese (1), prechádzajúcoustredom štrbiny (8), pre vnútornú část (3),v ktorej indukčnými otvormi (25, 26) a štr- vynalezu binou, (27) v supravodivej vrstvě (24) na-nesenej na podložke (23) sú vytvořené dveindukčně slučky uzatvorené Josephsonovýmtenkovrstvovým tunelovým alebo mostíko-vým priechodom (28), vytvořeným v středeštrbiny (27), prioom indukčně otvory (4, 5)v telese (1) a indukčně otvory (25, 26) vy-tvořené v supravodivej vrstvě (24) vo vnú-tornej časti (3) sú súosové.
2. 2. Dvojdierový snímač podlá bodu 1, vy-značujúci sa tým, že válcové časti (1, 2) má-jů rozdielnu dížku indukčných otvorov (4,5 a 6, 7).
3. 3. Dvojdierový snímač podlá bodov 1 a 2vyznačujúci sa tým, že vybranie (12) prevnútornú část (3) je zároveň v obidvochválcových častiach (1, 2). 2 listy výkresov