DE19505060C2 - Magnetfeldempfindliche SQUID-Einrichtung mit Leiterteilen aus Hoch-T¶c¶-Supraleitermaterialien - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetfeldempfindliche SQUID-Einrichtung mit Leiterteilen aus einem Hoch-T_c-Supra­ leitermaterial, wobei die Einrichtung ein SQUID mit einer ein Koppelloch umschließenden SQUID-Schleife und mit mindestens einem Josephson-Element sowie einen Flußtransformator ent­ hält, der eine Schleifenanordnung zum Empfang von magneti­ schen Feldsignalen und eine flache Einkoppelspule mit mehre­ ren sich gegenseitig umschließenden Windungen zum induktiven Einkoppeln entsprechender magnetischer Flußsignale in die SQUID-Schleife aufweist. Eine derartige SQUID-Einrichtung geht z. B. aus der EP 0 433 482 A1 hervor.

Mit supraleitenden Quanten-Interferometern, die auch als "SQUIDs" bezeichnet werden, lassen sich bekanntlich äußerst schwache magnetische Felder oder Feldgradienten detektieren. Als bevorzugtes Anwendungsgebiet für SQUIDs wird deshalb die medizinische Diagnostik angesehen, da die dort zu detektie­ renden biomagnetischen Feldsignale zur Feldstärken im pT-Be­ reich hervorrufen. Ferner ist auch an einen Einsatz von SQUID-Einrichtungen auf dem Gebiet der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung gedacht, insbesondere wenn metalloxidisches Hoch-T_c-Supraleitermaterial eingesetzt werden soll.

Eine entsprechende SQUID-Einrichtung zur Erfassung und Aufbe­ reitung derartig schwacher Magnetfelder oder entsprechender Feldgradienten weist mindestens einen Meß- oder Detektions­ kanal auf. Dieser Kanal enthält auf seiner Eingangsseite als Antenne eine feldsensitive Schleifenanordnung mit mindestens einer Detektionsschleife. Die in dieser Schleife hervorgeru­ fenen magnetischen Flüsse oder Feldgradienten werden dann dem SQUID zugeführt. Dies kann insbesondere induktiv über eine Einkoppelspule in eine SQUID-Schleife erfolgen.

Seit Bekanntwerden von metalloxidischen Supraleitermateria­ lien mit hohen Sprungtemperaturen (Hoch-T_c-Supraleitermate­ rialien), die eine Kühltechnik mit flüssigem Stickstoff (LN₂) erlauben, wird auch versucht, SQUID-Einrichtungen mit Leiter­ teilen aus diesen Materialien auszubilden. Hierzu sind wegen der strombegrenzenden Wirkung von Kristallkorngrenzen in die­ sen Materialien epitaktische Herstellungsverfahren praktisch unvermeidlich. Dann besteht jedoch die Gefahr, daß bei mehr­ lagigen Topographien in Leiterteilen am Übergang von einer Ebene in eine andere Ebene Korngrenzen ausgebildet werden, die die Stromtragfähigkeit (kritische Stromdichte) erheblich beeinträchtigen.

Zur Herstellung von magnetfeldempfindlichen SQUID-Einrichtun­ gen mit den eingangs genannten Merkmalen wurde bisher ver­ sucht, von den klassischen (metallischen) Supraleitermate­ rialien mit Flüssig-Helium(LHe)-Kühltechnik her bekannte Ge­ staltungsmerkmale analog auf Hoch-T_c-Supraleitermaterialien mit LN₂-Kühltechnik zu übertragen (vgl. z. B. die genannte EP-A1). Bei den SQUID-Einrichtungen mit klassischen Supraleitern und LHe-Kühltechnik wird im allgemeinen ein sogenannter Fluß­ transformator mit einer Einkoppelspule vorgesehen, deren Win­ dungen um das von einer SQUID-Schleife umschlossene Koppel­ loch herum angeordnet sind. Infolgedessen kreuzen supralei­ tende Leiterteile sehr viele Male einander in unterschiedli­ chen Dünnfilm-Ebenen. Bei den klassischen Supraleitermate­ rialien mit LHe-Kühltechnik, die bekanntlich eine verhältnis­ mäßig große Kohärenzlänge aufweisen, führen durch entspre­ chende Topographien entstandene Korngrenzen nicht zu einer Strombegrenzung in den Leiterteilen und nicht zu einem Fluß­ kriechen durch die Korngrenzen. Überkreuzungen sind aus die­ sem Grunde bei diesen Materialien unproblematisch. Hingegen stellen derartige Korngrenzen bei einer Verwendung von Hoch- T_c-Supraleitermaterialien mit LN₂-Kühltechnik, die bekannt­ lich wesentlich kleinere Kohärenzlängen besitzen, Barrieren für einen Stromtransport und zugleich Öffnungen für ein uner­ wünschtes Flußeindringen (-penetrieren) dar. Man sieht sich deshalb gezwungen, bei Verwendung dieser Materialien eine Korngrenzenbildung an Überkreuzungen weitestmöglich zu ver­ meiden.

Aus diesem Grunde kann eine sogenannte Flip-Chip-Technik vor­ gesehen werden, bei der die SQUID-Schleife und die Einkop­ pelspule jeweils auf einem eigenen Träger (Chip) gefertigt werden. Die beiden Träger werden dann so aneinandergefügt, daß das Koppelloch der SQUID-Schleife von den Windungen der Einkoppelspule umschlossen wird (vgl. z. B. "Appl. Phys. Lett.", Vol. 64, No. 25, 1994, Seiten 3497 bis 3499). Auch bei dieser bekannten Ausführungsform ist in der Einkop­ pelspule eine der Anzahl ihrer Windungen entsprechende zahl von Überkreuzungen unvermeidlich, so daß auch hier die ge­ nannten Korngrenzenprobleme immer noch auftreten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die SQUID- Einrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen dahingehend auszugestalten, daß bei ihr die Probleme einer unerwünschten Korngrenzenausbildung aufgrund von Überkreuzungen zumindest großenteils zu vermeiden sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein an das Koppelloch angrenzender, außerhalb des Bereichs des min­ destens einen Josephson-Elementes befindlicher Teilbereich der SQUID-Schleife zu einer Koppelfläche mit ringähnlicher Gestalt erweitert ist und daß wenigstes ein Teil der Windun­ gen der Einkoppelspule so über diese ringähnliche Koppelflä­ che gelegt ist, daß in dieser Koppelfläche unmittelbar an einem Randteil des Koppelloches verlaufende, die magnetischen Flußsignale zur induktiven Einkoppelung hervorrufende Ströme zu induzieren sind.

Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß für eine induktive Einkopplung eines magnetischen Flusses oder eines Flußgradienten in die SQUID-Schleife nicht unbedingt erfor­ derlich ist, daß die Einkoppelspule das Koppelloch der SQUID- Schleife unmittelbar umschließt. Vielmehr reicht es aus, daß von der Einkoppelspule in einem Teil der SQUID-Schleife für eine Kopplung ausreichend starke Ströme hervorgerufen werden, die nur längs eines Teils des Koppellochrandes verlaufen. Un­ ter Ausnutzung dieser Tatsache läßt sich dann vorteilhaft die Einkoppelspule wenigstens teilweise auf einem vergleichsweise großflächig gestalteten Teilbereich der SQUID-Schleife anord­ nen, der an den vorerwähnten Teil des Koppellochrandes unmit­ telbar angrenzt. Auf diesem großflächigen, als eine Koppel­ fläche dienenden Teilbereich der SQUID-Schleife können zumin­ dest großenteils die Windungen der Einkoppelspule einlagig, d. h. ohne Überkreuzungen angeordnet werden, wobei lediglich an einem Windungsende ein Durchkontakt mit der darunterlie­ genden, normalerweise auf Null- (bzw. Erd)Potential befindli­ chen, auch die SQUID-Schleife bildenden planaren Leiterstruk­ tur erforderlich ist. Der Übergang der mindestens einen su­ praleitenden Leiterbahn der Einkoppelspule in die Ebene über dem vorerwähnten Teilbereich der Leiterstruktur mit der SQUID-Schleife kann dabei vorteilhaft an einem Rand dieses Teilbereichs so allmählich erfolgen, daß dort die Gefahr einer Ausbildung von Korngrenzen praktisch auszuschließen ist. Da ferner der die Einkoppelspule zumindest teilweise tragende Teilbereich der SQUID-Schleife als eine Koppelfläche mit einer ringähnlichen Gestalt und somit mit einer zentralen Aussparung (Loch) ausgeführt ist, werden die in dieser Kop­ pelfläche von der Einkoppelspule hervorgerufenen Abschirm­ ströme vorteilhaft gezwungen, definiert um die Aussparung herum zu fließen, wobei der Fluß in der Aussparung zwangsläu­ fig konstant bleibt. Somit sind diese induzierten Ströme de­ finiert und mit hinreichender Stärke an dem Koppellochrand der SQUID-Schleife vorbeizuführen. Ein hoher Koppelfaktor ist die Folge.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen SQUID-Ein­ richtung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch weiter erläutert. Dabei zeigen jeweils schema­ tisch als Aufsicht

deren Fig. 1 eine SQUID-Schleife einer erfindungsgemäßen SQUID-Einrichtung,

deren Fig. 2 eine Einkoppelspule auf dieser SQUID-Schleife,

deren Fig. 3 eine SQUID-Einrichtung mit der SQUID-Schleife gemäß Fig. 1 und der Einkoppelspule gemäß Fig. 2 und

deren Fig. 4 von einer weiteren SQUID-Einrichtung deren SQUID-Schleife mit einer Einkoppelspule.

In den Figuren sind sich entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

Die supraleitenden Teile der SQUID-Einrichtung nach der Er­ findung sollen aus einem der bekannten Hoch-T_c-Supraleiter­ materialien nach hierfür geläufigen Verfahren der Dünnfilm- Technik auf einem geeigneten Substrat unter Berücksichtigung der Kristallstruktur dieser Materialien hergestellt sein. Beispiele entsprechender Supraleitermaterialien sind insbe­ sondere Cuprate mit Hoch-T_c-Phasen auf Basis der aus den Stoffsystemen Y-Ba-Cu-O oder Bi(Pb)-Sr-Ca-Cu-O bekannten Grundtypen wie YBa₂Cu₃O_7-x oder Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+y oder (Bi,Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10-z. Diese Materialien sollen eine LN₂- Kühlung ermöglichen.

Gemäß Fig. 1 werden mit einem solchen Hoch-T_c-Supraleiterma­ terial auf einem eine geordnete Kristallstruktur dieses Mate­ rials ermöglichenden Substrat 2, beispielsweise einem Chip aus SrTiO₃ oder MgO, zunächst ein SQUID 3 und gegebenenfalls daran angeschlossene, in der Figur nicht näher ausgeführte Leiterteile insbesondere als einlagige planare Leiterstruktur ausgebildet. Gemäß dem Ausführungsbeispiel sei von einer Aus­ führungsform als Gleichstrom (DC)-SQUID ausgegangen. Die Lei­ terstruktur mit dem SQUID 3 kann dann vorteilhaft symmetrisch bezüglich einer gestrichelt angedeuteten Symmetrielinie S gestaltet sein. Die Leiterstruktur weist eine ein Koppelloch 4 umschließende SQUID-Schleife 3a auf, in welche wegen der Ausführung als DC-SQUID in bekannter Weise symmetrisch zur Symmetrielinie S zwei Josephson-Elemente 5a und 5b integriert sind. Ferner ist die SQUID-Schleife 3a über längs der Symmetrieebene S verlaufende Zuleitungen 7a und 8a mit Kontaktflächen 7 bzw. 8 verbunden, an denen das SQUID insbe­ sondere für einen Biasstrom I_b elektrisch angeschlossen wird.

Die Josephson-Elemente 5a und 5b können vorteilhaft soge­ nannte Korngrenzen-Elemente sein. Beispielsweise kann die Korngrenze in einem solchen Element dadurch ausgebildet wer­ den, daß man an einer entsprechenden Grenzlinie Leiterbahn­ bereiche mit unterschiedlicher kristalliner Orientierung an­ einanderstoßen läßt (vgl. z. B. DE 41 41 228 A1). Oder aber man erzeugt eine Korngrenze nachträglich in einer Leiterbahn aus dem Hoch-T_c-Supraleitermaterial dadurch, daß man in diese Leiterbahn mechanisch eine entsprechende Stör­ zone einarbeitet (vgl. z. B. EP 0 364 101 A2 oder DE 43 15 536 A1). Ferner ist es auch möglich, eine Korngrenze in einer über die Kante einer Stufe hinwegführenden Leiterbahn auszubilden (vgl. z. B. DE 42 19 006 A1). In der Figur ist eine entsprechende Kante 10 durch eine gestrichelte Linie ange­ deutet. Im allgemeinen sollte für das SQUID eine kritische Stromdichte an entsprechend ausgebildeten Korngrenzen-Joseph­ son-Elementen von 500 A/cm² ausreichen.

Statt Korngrenzen-Josephson-Elemente können für die Elemente 5a und 5b vorzugsweise auch an sich bekannte Josephson-Ele­ mente mit künstlicher Dünnfilm-Barriere verwendet werden. Bei solchen Elementen läßt sich vorteilhaft über die Dicke der Dünnfilm-Barriere die Stromdichte vorgeben. Außerdem ist vor­ teilhaft die Ausbildung entsprechender Elemente an weitgehend frei wählbaren Stellen der Substratoberfläche möglich.

Erfindungsgemäß soll ein an einen Randteil 4a des Koppello­ ches 4 angrenzender, die Josephson-Elemente 5a und 5b galva­ nisch verbindender Teilbereich der SQUID-Schleife 3a gegen­ über den übrigen Teilen der SQUID-Schleife verhältnismäßig großflächig und ringähnlich gestaltet sein. Die Abmessungen dieses in der Figur mit 11 bezeichneten, durch eine Schraffur verdeutlichten Teilbereichs sind dabei so gewählt, daß über ihn wenigstens ein Teil der Windungen einer in der Figur nicht dargestellten Einkoppelspule in bestimmter Weise ge­ führt werden kann. Die besondere Anordnung einer solchen Ein­ koppelspule geht aus Fig. 2 hervor. Der großflächige, ring­ ähnliche Teilbereich 11 ist als eine Koppelfläche für diese Einkoppelspule anzusehen. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 läßt sich der ringähnliche Teilbereich 11 so anord­ nen, daß sich das SQUID 3 im wesentlichen innerhalb seiner zentralen Aussparung 12 befindet. Dabei wird im Bereich des Randteiles 4a des Koppelloches 4 die SQUID-Schleife 3a von dem ringähnlichen Teilbereich 11 mit gebildet.

Um ein geordnetes, insbesondere epitaktisches kristallines Wachstum der supraleitenden Leiterteile einer in Fig. 2 ge­ zeigten Einkoppelspule 15 aus dem gewählten Hoch-T_c-Supralei­ termaterial gewährleisten zu können, wird der in Fig. 1 ver­ anschaulichte Aufbau zumindest im Bereich der Leiterteile dieser Einkoppelspule mit einer ein solches Wachstum fördern­ den, isolierenden Zwischenschicht versehen. Als Schichtmate­ rial kommt insbesondere SrTiO₃ in Frage. Auf diese Zwischen­ schicht wird dann die Einkoppelspule 15 mit ihren sich gegenseitig nach Art einer mathematischen Spirale umschließenden Windungen W ausgebildet. Diese Windungen sind dabei so ge­ legt, daß aufgrund von Strömen i in der Einkoppelspule 15 in dem als Koppelfläche dienenden Teilbereich 11 der SQUID- Schleife insbesondere auch in der Nähe eines von dem Teilbe­ reich gebildeten Randteiles 4a des Koppelloches 4 als Ab­ schirmströme zu betrachtende Ströme j angeworfen werden. Diese Abschirmströme sind hinreichend groß, um bei einer gu­ ten Gegeninduktivität zwischen der Einkoppelspule 15 und der SQUID-Schleife 3a zu einem entsprechend großen magnetischen Fluß durch das Koppelloch 4 zu führen. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform befindet sich die Einkoppelspule 15 vollständig über der Koppelfläche 11, wobei sie mit ihren Windungen W das Koppelloch 4 außerhalb des Bereichs des Kop­ pellochrandteiles 4a weiträumig umschließt.

Um eine Korngrenzenbildung am Anfang und Ende der Einkoppel­ spule 15 zu vermeiden, wird vorteilhaft ein Anschlußstück 16 dieser Spule beim Übergang von der Ebene der SQUID-Schleife in die Ebene der Spule über einen Übergangsbereich 17 der Koppelfläche 11 hinweg unter einem hinreichend kleinen Nei­ gungswinkel geführt. Der Neigungswinkel der Unterlage des An­ schlußstücks 16 sollte deshalb zweckmäßig unter 20°, vorzugs­ weise unter 10° liegen. Außerdem kann vorteilhaft in dem Übergangsbereich 17 das Anschlußstück 16 verhältnismäßig breit ausgebildet sein, um so eine hinreichend große kriti­ sche Stromdichte zu gewährleisten. Entsprechendes gilt auch für ein inneres Endstück 18 der Einkoppelspule 15. Dieses Endstück vollzieht den Übergang von der Ebene der Einkoppel­ spule in die Ebene der SQUID-Schleife 3a bzw. der mit ihr verbundenen ringähnlichen Koppelfläche 11. Dort wird vorteil­ haft das Endstück 18 mit der Koppelfläche, die zweckmäßig auf Erdpotential gelegt ist, kontaktiert. Auch das Endstück 18 kann verbreitert ausgeführt sein. Der Strom i wird dann von der Koppelfläche 11 abgeführt.

Die Einkoppelspule 15 stellt nur den dem SQUID 3 zugewandten Teil eines Flußtransformators zu einer indukiven Einkopplung eines magnetischen Flusses oder von Flußgradienten in das SQUID dar. Die übrigen Teile dieses Flußtransformators sind an sich bekannt und mit der Einkoppelspule an dem Anschluß­ stück 16 und über die Koppelfläche 11 der SQUID-Schleife 3a mit dem Endstück 18 verbunden. Abweichend von der dargestell­ ten Ausführungsform ist es jedoch auch möglich, die Einkop­ pelspule auf einem eigenen Trägerkörper auszubilden und mit den übrigen Teile eines Flußtransformators zu verbinden. Die Einkoppelspule wird dann nach der bekannten Flip-Chip-Technik an die Koppelfläche 11 angefügt.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen SQUID-Einrichtung 20 mit einem auf einem Substrat 2 gemäß Fig. 1 ausgebildeten SQUID 3 und einer auf einer großflächigen Koppelfläche 11 der SQUID-Schleife dieses SQUIDs befindlichen Einkoppelspule 15 gemäß Fig. 2. Die Einrichtung enthält als feldsensitive Schleifenanordnung ein Gradiometer erster Ord­ nung aus einem Hoch-T_c-Supraleitermaterial mit zwei bezüglich der gedachten Symmetrielinie S zumindest weitgehend sym­ metrisch aufgebauten Antennenschleifen 21 und 22, die etwa gleiche Fläche F1 bzw. F2 umschließen. Die Antennenschleifen sind über gemeinsame Leiterstücke 23a und 23b parallelge­ schaltet, wodurch sich vorteilhaft ein supraleitender Ab­ schirmring für homogene (Stör)-Magnetfelder ergibt. Zwischen den beiden Leiterstücken 23a und 23b ist die Einkoppelspule 15 angeschlossen. Hierzu ist das Leiterstück 23a mit dem An­ schlußstück 16 der Einkoppelspule verbunden. Demgegenüber ist die Verbindung des Leiterstückes 23b mit dem Endstück 18 der Einkoppelspule indirekt über die Koppelfläche 11 der SQUID- Schleife hergestellt. Da die Kontaktflächen 7 und 8 innerhalb der Flächen F1 und F2 liegen und sie im allgemeinen mit normalleitenden Leitern zum Anschließen des SQUIDs 3 ver­ bunden werden, treten keine Probleme aufgrund einer Korngren­ zenbildung bei einer Überführung der normalleitenden Anschlußleiter über die Gradiometerantennenschleifen 21 und 22 auf.

Bei der anhand der Fig. 1 bis 3 erläuterten Ausführungs­ form einer erfindungsgemäßen SQUID-Einrichtung 20 wurde davon ausgegangen, daß auf ihrer ringähnlichen Koppelfläche 11 alle Windungen W der Einkoppelspule 15 so geführt sind, daß in der Koppelfläche unmittelbar an ihrem an das Koppelloch 4 angren­ zenden Randteil Abschirmströme j aufgrund eines in der Ein­ koppelspule fließenden Stromes i hervorgerufen werden. Ent­ sprechende Abschirmströme können jedoch auch bei einer nur teilweisen Anordnung einer Einkoppelspule auf einer Koppel­ fläche mit ringähnlicher Gestalt erzeugt werden. Ein entspre­ chendes Ausführungsbeispiel geht aus Fig. 4 hervor.

Fig. 4 zeigt ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Teil einer solchen, mit 30 bezeichneten SQUID-Einrichtung. Diese Ein­ richtung enthält wiederum ein SQUID 3 mit einer ein Koppel­ loch 4 umschließenden SQUID-Schleife 3a und mit Josephson- Elementen 5a und 5b. Eine in der Figur durch eine verstärkte Umrandung und durch Schraffur hervorgehobene, großflächige Koppelfläche 31 mit ringähnlicher Gestalt und mit einer zen­ tralen Aussparung 32 ist hier jedoch nicht so angeordnet, daß sie das Koppelloch 4 umgibt und die Josephson-Elemente 5a und 5b innerhalb ihrer zentralen Aussparung zu liegen kommen. Vielmehr grenzt die ringähnliche Koppelfläche 31 an das Kop­ pelloch 4 des SQUIDs 3 so an, daß der Bereich ihrer zentralen Aussparung 32 und der Bereich des Koppelloches 4 nebeneinan­ der bzw. in Richtung eines Biasstromes I_b gesehen hinterein­ ander angeordnet sind. Zwischen dem Koppelloch 4 und der Aus­ sparung 32 ist die Koppelfläche 31 vorteilhaft als ein schma­ ler Leiterstreifen 31a ausgebildet. Dieser Leiterstreifen ist zu schmal, als daß er wie die übrigen Teile der Koppelfläche 31 alle Windungen W' einer Einkoppelspule 35 aufnehmen könnte. Deshalb müssen zumindest einige der Windungen im Be­ reich des Leiterstreifens 31a parallel und in der Nähe zu diesem durch den Bereich der Aussparung 32 geführt werden. Hierzu treten die Windungen auf der einen Seite von dem Kop­ pelloch 4 unter Einhaltung eines vorbestimmten Abstandes a aus einem Bereich der Koppelfläche 31 in den Bereich der Aus­ sparung 32 ein, wobei sie vorteilhaft zumindest senkrecht über den entsprechenden Rand 32a der Ausnehmung 32 verlaufen. Der Rand 32a erstreckt sich dabei parallel zu dem Randteil 4a des Koppelloches 4. Im Bereich der Ausnehmung 32 führen die Windungen in die Gegenrichtung und treten vorteilhaft symme­ trisch zu der Symmetrielinie S an dem gegenüberliegenden Teil der Randlinie in den Bereich der Koppelfläche 31 wieder ein. Bei einem derartigen, umlenkenden Verlauf der Windungen W' werden von einem in ihnen fließenden Strom i in der Koppel­ fläche Abschirmströme j erzeugt, die im Bereich des Randes 32a in die parallele Richtung zum Rand und somit in die Rich­ tung des Leiterstreifens 31a gezwungen werden und also un­ mittelbar an dem Randteil 4a des Koppelloches 4 vorbeiflie­ ßen. Der magnetische Koppelfaktor zwischen der Einkoppelspule 35 und dem Koppelloch 4 liegt dann bei etwa 1 wie bei bekann­ ten SQUID-Einrichtungen mit klassischen Supraleitern, mit einer LHe-Kühltechnik und mit einer ein Koppelloch umschlie­ ßenden Einkoppelspule. Die einzelnen Windungen W' werden wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2 im Bereich des Randes 32a über eine nur leicht geneigte Flanke einer isolierenden Unterlage geführt. Wie ferner aus der Figur hervorgeht, endet zweckmäßig die Einkoppelspule 35 im Bereich der Koppelfläche 31 in einem Endstück 18 gemäß Fig. 2. Dieses Endstück kann wiederum mit der darunterliegenden Koppelfläche kontaktiert sein.

Bei den für die Fig. 1 bis 4 gewählten Ausführungsformen des SQUIDs 3 wurde jeweils eine Gestaltung als DC-SQUID ange­ nommen. Die SQUID-Einrichtungen nach der Erfindung sind je­ doch nicht auf derartige Ausführungsformen beschränkt. Es können auch RF-SQUIDs mit jeweils nur einem Josephson-Element in ihren SQUID-Schleifen vorgesehen werden. Die Koppelfläche 11 oder 31 befindet sich dann außerhalb des von diesem Ele­ ment eingenommenen Bereichs der SQUID-Schleife, so daß auch hier die von einer Einkoppelspule hervorzurufenden Abschirm­ ströme j praktisch nicht im Bereich des Josephson-Elementes induziert werden.

In den Fig. 2 bis 4 wurden der besseren Übersichtlichkeit wegen die Einkoppelspulen 11 und 31 nur mit wenigen Windungen W bzw. W' veranschaulicht. Im allgemeinen ist die Windungs­ zahl der Einkoppelspulen wesentlich höher (vgl. z. B. die ge­ nannte Textstelle aus "Appl. Phys. Lett.", Vol. 64).

Claims (12)

1. Magnetfeldempfindliche SQUID-Einrichtung mit Leiterteilen aus einem Hoch-T_c-Supraleitermaterial, welche Einrichtung

• a) ein SQUID mit einer ein Koppelloch bildenden SQUID-Schlei­ fe und mit mindestens einem Josephson-Element

sowie

• a) einen Flußtransformator

• - mit einer Schleifenanordnung zum Empfang magnetischer Feldsignaleund
• - mit einer flachen Einkoppelspule mit mehreren sich gegenseitig umschließenden Windungen zur induktiven Einkopplung entsprechender Flußsignale in die SQUID- Schleife

enthält, dadurch gekennzeichnet, daß ein an das Koppelloch (4) angrenzender, außerhalb des Be­ reichs des mindestens einen Josephson-Elementes (5a, 5b) be­ findlicher Teilbereich der SQUID-Schleife (3a) zu einer Kop­ pelfläche (11, 31) mit ringähnlicher Gestalt erweitert ist und daß wenigstens ein Teil der Windungen (W, W') der Einkop­ pelspule (15, 35) so über diese ringähnliche Koppelfläche (11, 31) gelegt ist, daß in dieser Koppelfläche unmittelbar an einem Randteil (4a) des Koppelloches (4) verlaufende, die magnetischen Flußsignale zur induktiven Einkopplung hervor­ rufende Ströme (j) zu induzieren sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das mindestens eine Joseph­ son-Element (5a, 5b) als Korngrenzen-Element ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das mindestens eine Joseph­ son-Element ein Element mit einer künstlichen Dünnfilm-Bar­ riere ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einkop­ pelspule (15, 35) im Bereich der Koppelfläche (11, 31) in einem zentralen Endstück (18) endet.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Endstück (18) der Einkop­ pelspule (15, 35) mit der Koppelfläche (11, 31) kontaktiert ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß von einer Ebene in eine weitere Ebene übergehende Teile der Einkoppel­ spule (15, 35) oder eines Anschlußteils (16, 18) der Einkop­ pelspule (15, 35) jeweils auf einer entsprechend abgeschräg­ ten Unterlage angeordnet sind, wobei der Neigungswinkel der Anschrägung hinreichend klein ist, um eine Ausbildung von Korngrenzen in den übergehenden Spulen- oder Anschlußteilen auszuschließen.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die in verschiedene Ebenen übergehenden Spulen- oder Anschlußteile (16, 18) verbreitert ausgebildet sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einkop­ pelspule (15) vollständig über der Koppelfläche (11) ange­ ordnet ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Teil der Einkoppelspule (35) außerhalb des Bereichs der Koppelfläche (31) durch den Bereich einer von der Koppelfläche umschlos­ senen Aussparung (32) hindurch verlaufend angeordnet ist und daß sich die Windungen (W') der Einkoppelspule zumindest annähernd senkrecht bezüglich der Randlinie des Randes (32a) der Ausnehmung (32) erstrecken.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einkop­ pelspule (15) mit einer Gradientenschleifenanordnung (21, 22) verbunden ist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß das SQUID als ein DC-SQUID (3) mit zwei Josephson-Elementen (5a, 5b) ausge­ bildet ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, gekennzeich­ net durch eine wenigstens annähernd symmetrische Anord­ nung zumindest des SQUIDs (3) und zumindest der Einkoppel­ spule (15, 35) bezüglich einer Symmetrielinie (S).