DE19639941C2 - SQUID-Gradienten-Magnetometer-Sensor mit HTS-Supraleitermaterial - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Mehrschleifen- Gradienten-Magnetometer des SQUID-Typs mit HTS- Supraleitermaterial als Sensor.

Aus dem Stand der Technik, z. B. "Superconducting Science Technology" 4 (1991), S. 377 und "IEEE Trans. Mag. 27 (1991), S. 3001, ist der Aufbau eines sogenannten Drung-Typ- Mehrschleifen-Magnetometers zur Messung von Feldstärkewerten magnetischer Felder bekannt. Es handelt sich dabei um ein SQUID-Magnetometer M mit acht einander parallelgeschalteten Pick-up-Schleifen (Sch), wie es die Prinzipdarstellung der Fig. 7 zeigt. Mit dieser dieses Magnetometer kennzeichnenden vielfachen Parallelschaltung der Schleifen 124 wird dort die Aufgabe gelöst, die für ein feldempfindliches SQUID erforderliche Flußantenne als SQUID-Induktivität auszubilden. Die zugehörigen Josephson-Kontakte sind mit K1 und K2 bezeichnet. Die Anschlüsse 41 und 42 dienen der Einspeisung des für ein Gleichstrom-SQUID zur Arbeitspunkt-Einstellung dienenden üblicherweise vorgesehenen überlagerten Gleichstroms.

In Transactions on Applied Supercond., Vol. 5, Nr. 2 (Juni 95), S. 2493-2496 sind SQUID-Magnetometer verschiedenen Typs, eingeschlossen den Mehrschleifen-Typ (ohne Flußtransformator), mit ihrem Layout und zugehörigen Meßdaten angegeben, und zwar für LTS-Supraleiter-Technologie. Insbesondere ist auf das Problem hingewiesen, das weiße Rauschen, auch dasjenige, das durch äußere Beeinflussung eingestreut ist, zu beherrschen. Eine Lösung dieses Problems wird in verbesserter Balance des Gradiometer(-Aufbaus) gesehen, und zwar einerseits hinsichtlich des mechanischen Aufbaus und andererseits betreffend elektronischer Kombination mit Signalen nahe benachbarter 3-Achsen-Magne­ tometer mit kleinen Flächen (Ketchen: Journal Applied Phys. Volume 58, (1985), S. 4322-4325.

In der EP 0567386 A2 ist ein planarer Magnetsensor mit SQUIDs mit Josephson-Kontakten beschrieben, bei dem zur magnetischen Abschirmung wenigstens diese Kontakte mittels einer Schicht aus supraleitendem Material mit dazwischen einer elektrisch isolierenden Schicht aus MgO abgedeckt sind.

In der US 5173660 A ist speziell in Spalte 4, Zeilen 1 bis 27 vorgeschlagen, bei einer wie dort angegebenen SQUID- Einrichtung für Magnetfeldmessung eine sich integral über die ganze Anordnung, d. h. auch über das Eingangs-Netzwerk, erstreckende supraleitende Abschirmschicht anzuordnen.

Die EP 0699921 A2 beschreibt einen Sensor mit SQUIDs mit "pat­ terned line-structures" aus Niob-Supraleiter-Material. Die angegebenen Strukturen der Leiterbahnen sind zur Minimierung der Störungen magnetischer Felder vorgesehen und dort dafür entsprechend ausgebildet.

In der DE 41 25 087 A1 ist zur Störfeldunterdrückung mit Ab­ schwächung unerwünschter höherfrequenter Störsignale vorgese­ hen, eine Gradiometer-Schleifenanordnung mit SQUIDs eine sup­ raleitende Abschirmschleife zuzuordnen. Diese ist dort als ein für niederfrequente Signale zumindest weitgehend transpa­ renter Entstörkreis wirksam.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein SQUID- Gradienten-Magnetometer-Sensor anzugeben, mit dem kleinste (≦ 1 pT) Magnet-Gradientenfelder meßtechnisch in elektromagne­ tisch gestörter Umgebung erfaßbar sind.

Diese Aufgabe wird mit einem SQUID-Gradienten-Magnetometer- Sensor mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst und weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ge­ hen aus Unteransprüchen hervor.

Der erfindungsgemäße Gradienten-Magnetometer-Sensor hat einen Aufbau mit mehreren Leiterschleifen zur Erfassung des die je­ weilige Leiterschleife durchsetzenden Magnetflusses. Die blo­ ße Anordnung dieser Leiterschleifen hat zum Teil Ähnlichkeit mit dem Aufbau des oben beschriebenen bekannten Mehrschlei­ fen-Magnetometers.

Der Aufbau des erfindungsgemäßen Gradienten-Magnetometer- Sensors ist derart, daß jeweils mehrere Schleifen, hier in Fig. 1 z. B. zwei Schleifen, zu jeweils einer Magnetometer­ hälfte zusammengeschaltet wirksam sind und diese beiden Hälf­ ten geometrisch einander gegenüberliegend angeordnet sind. Das Schaltungsschema ist beim erfindungsgemäßen Gradienten- Magnetometer derart, daß sich die jeweils induzierten Meß­ signal-Ströme der Hälften bei einem sich über diese zwei Hälften hinweg erstreckenden gleichförmigen Magnetfeld gegen­ einander aufheben. Weist das Magnetfeld jedoch einen Gradien­ ten von der einen zur anderen Hälfte auf, so wird ein ent­ sprechendes Differenzsignal gemessen.

Weitere Erläuterung der Erfindung werden vorteilhafterweise anhand der Figuren) gegeben.

Fig. 1a, 1b, 1c zeigen eine erste Ausführungsform,

Fig. 2a, 2b zeigen eine zweite Ausführungsform, und

Fig. 3a bis 3c zeigen zwei weitere Ausführungsformen der Erfindung,

Fig. 4, 4a, 4b bzw. Fig. 5 zeigen eine Serien- bzw. Parallelschaltung als jeweiliges Ersatzschaltbild,

Fig. 6 zeigt weitere Einzelheiten

Fig. 7 zeigt Stand der Technik.

Mit 22 ist in Fig. 1 ein Substrat bezeichnet, das dem Aufbau des erfindungsgemäßen Gradienten-Magnetometers 20 dient. Die dem Betrachter der Fig. 1a zugewandte Oberseite des Substrats 22 ist, wie die Figur zeigt, mit supraleitenden Leiterbahnen als SQUID-Schleifen 24 des Magnetometers versehen. Dazu ist das Substrat 22 so ausgewählt, daß geeignetes Aufwachsen, insbesondere epitaktische Abscheidung, des Supraleitermaterials auf der Oberseite dieses Substrats 22 ermöglicht ist. Betreibt man das Magnetometer bei Tiefsttemperaturen des flüssigen Heliums (LHe) sind Niob, Niob-Zinn und dergleichen Materialien jahrzehntelang bekannter Art als Supraleiter geeignet. Das im Regelfall technisch vorteilhaftere Arbeiten bei Temperaturen des flüssigen Stickstoffs (LN₂) ist möglich, wenn man sogenanntes Hochtemperatur-(HTS-)Supraleitermaterial verwendet. Bekanntermaßen sind dies Materialien wie Yttrium-Barium- Kupfer-Oxid, Wismuth(Blei)-Strontium-Kalzium-Kupfer-Oxid und dergleichen Materialien, für die epitaktisches Wachstum erforderlich und erzielbar ist.

Auf dem Substrat 22 sind aus HTS-Supraleitermaterial bestehende Leiterbahnen 24 erzeugt. Sie sind aus einer auf dem Substrat zuvor ganzflächig epitaktisch in situ abgeschiedenen HTS/Isolator-Doppellage S1, z. B. aus Y₁Ba₂Cu₃O₇ und SrTiO₃, herausgeätzt.

Es sind beispielsweise vier SQUID-Schleifen 24 ₁, 24 ₂, 24 ₁₁, und 24₁₂, vorgesehen, die wie dargestellt auf der Oberfläche des Substrats 22 verlaufen können. Jede der SQUID-Schleifen 24 umschließt eine jeweilige Fläche zur Messung des diese Fläche durchsetzenden Magnetfeldflusses.

Der Zentralbereich des Sensors ist vergrößert in den Schnittbildern der Fig. 1b und 1c dargestellt, aus denen der zeitlich aufeinanderfolgend hergestellte Schichtaufbau des Sensors ersichtlich ist. Dabei entspricht Fig. 1b dem Schnitt III aus Fig. 1a und Fig. 1c dem Schnitt II. Wegen der Feuchte-Empfindlichkeit des HTS-Materials ist es bekanntlich notwendig, eine daraus bestehend aufgewachsene Supraleiterschicht (a) mit einer diese schützenden Schicht (b) aus z. B. SrTiO₃ zu bedecken, so daß in situ eine (jeweilige) Doppellage S abgeschieden worden ist. Die Doppellage S₁ ist zusätzlich mit der Isolator-Schicht 26 bedeckt, damit in der daraufliegend vorgesehenen weiteren, im Regelfall gleichartigen Doppellage S₂ weitere Leiterbahnen 27 und 28 großflächig, von der Doppellage S₁ elektrisch isoliert, ausgebildet werden können. Es sind an vorgegebenen Stellen Durchkontaktierungen 27 ₁, 27 ₂, 27 ₃ sowie 28 ₁, 28 ₂ und 28 ₃ vorgesehen, die elektrische Verbindungen zwischen den jeweiligen Leiterbahnen der Doppellagen S₁ und S₂ sind. Dies gewährleistet, daß die SQUID-Schleifen gemäß der Schaltung nach Fig. 4 entsprechend verbunden sind. Die mit K₁ und K₂ bezeichneten Josephson-Kontakte sind im Zuge der Leiterbahnen(-Stücke) 32 und 33 ausgebildet, nämlich jeweils ein Josephson-Kontakt pro Leiterbahn. Um einen solchen Josephson-Kontakt zu erhalten, ist in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 die jeweilige Leiterbahn 32, 33 wie an sich bekannt über eine Korngrenze G des vorgesehenen bikristallinen Substrats geführt. Mit 43 und 44 sind Stromzuleitungen für den in die Anschlüsse 41 und 42 einzuspeisenden Einstellstrom J bezeichnet. Mit 100 ist eine für den erfindungsgemäßen Sensor mit HTS-Material wichtige weitere HTS-Supraleiterschicht bezeichnet. Sie ist, wie aus der Figur zu entnehmen, in der Fläche begrenzt und bedeckt den Bereich der Josephson-Kontakte. Diese Schicht 100 ist (wiederum) Bestandteil einer Doppellage S3, die auf einer zu­ vor abgeschiedenen Isolatorschicht 126 epitaktisch abgeschie­ den ist. Die Schicht 126 ist für die notwendige elektrische Isolation flächenmäßig ausreichend groß bemessen. Der Abstand zwischen der Schicht 100 und den Josephson-Kontakten K ist auf Werte im Sub-µm- bis µm-Bereich, d. h. sehr klein, bemes­ sen. Diese supraleitende Schicht 100 ist hier für ein SQUID mit HTS-Supraleitermaterial von Bedeutung (dagegen für einen Aufbau mit LTS-Material nicht sinnvoll, um für den erfin­ dungsgemäßen Sensor Abschirmung der Josephson-Kontakte gegen Einstreuung zu erreichen.

Mit N ist eine erfindungsgemäße Beschichtung der Flächen der Schleifen 24 bezeichnet. Diese Beschichtung liegt auf der elektrisch isolierenden Schicht 26 bzw. der Doppellage S1 auf, besteht aus hochohmigem Material und dient der Abschir­ mung der Flächen der einzelnen Schleifen 24 gegen hochfre­ quente Einstreuungen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Realisierung der Schal­ tung gemäß Fig. 4 ist in Fig. 2a in schematischer Aufsicht wiedergegeben. Soweit die in Fig. 2 angegebenen Bezugszei­ chen schon in der Fig. 1 enthalten sind, haben sie die zur Fig. 1 bereits beschriebene Bedeutung.

Für das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 wird ein an sich be­ kanntes, anderes Präparationsverfahren für die Josephson- Kontakte K angewandt. Es wird dazu in/auf dem Substrat 22 ei­ ne Stufe ST erzeugt, die beim nachträglichen Beschichten zu einer Korngrenze G in den über diese Stufe hinweggehenden, in der Doppellage S₁ enthaltenen Leiterbahnen 32 und 33 führt. Diese Stufe ist insbesondere aus der Darstellung des Schnit­ tes gemäß der Fig. 2b zu ersehen.

Zwei weitere Ausführungsbeispiele mit einer Schaltungsvariante nach Fig. 5 sind Inhalt der Fig. 3a, 3b und 3c.

In Fig. 3a ist eine Parallel-Schleifenanordnung dargestellt, die zweimal je 6 parallel geschaltete Schleifen 24 ₁ bis 24 ₆ und 24 ₁₁ bis 24 ₁₆ aufweist. Der zentrale Teil mit den Josephson-Kontakten K₁ und K₂ in Fig. 3a gibt die Schaltung (siehe auch Fig. 5) an. Fig. 3b zeigt eine erste konstruktive Ausführungs dieser Schaltung z. B. für den Fall eines wie oben zur Fig. 1 beschriebenen bikristallinen Substrats 22. Die Josephson-Kontakte K₁ und K₂ sind erzeugt durch zweimaliges Führen der Leiterbahnen 32 und 33 über die Bikristall-Korngrenze G. Mit 36, 37 und 38, 39 sind Verbindungsleiterbahnen zwischen den Leiterbahnen der Schleifen 24 ₁ bis 24 ₆ sowie 24 ₁₁ bis 24 ₁₆ einerseits und den Josephson-Kontakten K1 bzw. K2 andererseits bezeichnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind in der oberen supraleitenden Doppellage S2 (vgl. Fig. 1a, 1b) nur die Leiterbahnen 38 und 39 ausgebildet. Sie sind mittels der Durchkontaktierungen 38 ₁ bis 38 ₇ und 39 ₁ bis 39 ₇ mit den Leiterbahnen der unteren Doppellage S1 verbunden.

Mit Z ist eine elektrische Impedanz bezeichnet, die auch durch einen oder mehrere so geschaltete ohmsche Widerstände realisiert sein kann. Diese zweckmäßigerweise in die Schaltung eingefügte Impedanz dient der Dämpfung von Oszillationen, wie dies auch noch weiter unten näher erläutert wird.

Eine zur Fig. 3b alternative andere konstruktive Ausführungsform der Schaltung zeigt die Fig. 3c. Diese Ausführung ist speziell für Josephson-Kontakte in Leiterbahnen geeignet, die, nämlich wie beim Beispiel der Fig. 2a, 2b, über eine Stufe ST hinweggeführt sind. In Fig. 3c ist diese Stufe der Rand einer vorzugsweise viereckförmigen Vertiefung, die in/auf dem Substrat 22 ausgebildet ist. Diese Vertiefung ist in Fig. 3c mit L bezeichnet lediglich schematisch angedeutet. Die Leiterbahn 35 verläuft an den Stellen der Josephson-Kontakte K₁ und K₂ über die Stufe dieses Loches hinweg, wodurch in der Leiterbahn die Wirkung einer jeweiligen Korngrenze (wie zu den Fig. 1 und 2 beschrieben), auftritt.

Die Figuren zeigen zusätzlich noch die supraleitenden Leiterbahnen 43, 44 und Anschlüsse 41 und 42 als Eingang/Ausgang für einen in die Magnetometervorrichtung einzuprägenden Einstellstrom J, der durch die Josephson- Kontakte K1 und K2 zur Einstellung eines passenden Arbeitspunktes in an sich bekannter Weise hindurchgeschickt wird.

Die in den Fig. 1 bis 3 benutzten selben Bezugszeichen haben für die einzelnen Figuren die entsprechend selbe Bedeutung.

Die Fig. 4 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild der in den Fig. 1 und 2 beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Gradienten- Magnetometers. Bei dieser Variante sind die, bezogen auf den Einstellstrom, für sich parallelgeschalteten Schleifenpaare 24 ₁ und 24 ₂ in Serie miteinander im SQUID verbunden. Mit L24₁ bis L24₄ sind die den Leiterschleifen entsprechenden Schaltungsinduktivitäten bezeichnet. In den beiden parallelgeschalteten Induktivitäten L24₁ und L24₂ wird vom die entsprechenden Leiterschleifen durchtretenden Magnetfluß insgesamt ein elektrischer Signalstrom i₁ induziert. Entsprechend wird ein Meßstrom i₂ durch Magnetfluß im Inneren der Schleifen L24₃ und L24₄ induziert. Die Ströme i₁ und i₂ fließen wie ersichtlich einander entgegengesetzt durch die Josephson-Kontakte K1 und K2.

Der über die Anschlüsse 41 und 42 eingeprägte elektrische Einstellstrom J₀ fließt, wie angegeben, durch die Josephson- Kontakt K1 und K2. Das schon erwähnte elektrische Gradienten- Meßsignal tritt als Spannungsabfall zwischen den Anschlüssen 41 und 42 auf.

Der Einstellstrom kann auch, wie gestrichelt dargestellt, über Mittelanzapfungen der Schleifen eingespeist werden wie dies die Fig. 4a zeigt.

Die Fig. 5 zeigt mit einem Ausschnitt den Bereich der Josephson-Kontakte eines Mehrschleifen-SQUID-Gradiometer- Sensors, wobei im Gegensatz zu der Anordnung nach Fig. 1, 2 die beiden Schleifenpaare (24 ₁-24 ₆ und 24 ₁₁-24 ₁₆) für den Einstellstrom parallelgeschaltet sind. Ausführungsformen dazu zeigen die schon beschriebenen Fig. 3a und 3b. In der Fig. 4 bzw. 5 angegebene Bezugszeichen stimmen in ihrer Bedeutung mit den zu den voranstehend beschriebenen Figuren angegebenen Bedeutungen überein.

Für ein erfindungsgemäßes SQUID-Gradiometer ist es zugunsten hoher Feldgradientenauflösung von Vorteil, eine große Basislänge B (siehe Fig. 1) für alle Ausführungsformen zu wählen. B ist definiert als der Abstand der Flächenschwerpunkte/Mittellinien b₁ und b₂ voneinander, wie dies der Fig. 1a zu entnehmen ist. Prinzipiell von Vorteil ist es, eine große Fläche der Gesamtheit der induktiven Schleifen 24 zu haben. Für HTS-Gradiometer ist es jedoch für das Erreichen einer optimalen Fluß-Spannungswandlung notwendig, eine kleine SQUID-Induktivität, etwa kleiner als 100 pH, zu haben. Die SQUID-Induktivität setzt sich zusammen aus einer parasitären Induktivität L_par, deren Ursache außerhalb der Pick-up-Schleifen 24 liegt und aus der Induktivität der Pick-up-Schleifen:

L_SQ = L_par + 4L24/N (Fig. 4)

oder

L_SQ = L_par + L24/N (Fig. 5)

worin N die Schleifenanzahl und L₂₄ die Induktivität einer Schleife 24 ist.

Aus diesen Gleichungen geht hervor, daß durch Parallelschalten der Pick-up-Schleifen nur bedingt die SQUID- Induktivität reduziert werden kann. Es ist ebenso notwendig, die parasitäre Induktivität zu minimieren. Gerade bei Mehrschleifen-Gradiometern mit größerer Basislänge, wo die anteilsmäßig belegte Fläche zwischen den Pick-up-Schleifen groß ist, ist das eine Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird. An dieser Stelle sei erwähnt, daß für eine gleich große SQUID-Induktivität für die Anordnung gemäß Fig. 4 etwa 4 mal so viele Schleifen vorzusehen sind, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 5.

Neben den LC-Resonanzen treten auch geometrische Hohlraum- Resonanzen durch die Überlagerung supraleitender Strukturen auf. Insbesondere dort, wo die Induktivität der Strukturen minimiert werden muß, z. B. in dem Bereich zwischen den Mehrschleifenanordnungen, empfiehlt es sich, Streifenleiter­ ähnliche Strukturen 301 und 302 (in Fig. 6) vorzusehen. Diese supraleitenden Hohlraum-Resonatoren weisen eine hohe Güte auf und können mit den Josephson-Oszillatoren wechselwirkend sein. Die Konsequenz ist eine Beschränkung des SQUID-Signals, wie dies bei LC-Resonatoren der Fall ist. Erfindungsgemäß können durch die Hohlraum-Resonatoren verursachte nachteilige Folgen dadurch beseitigt werden, indem den supraleitenden Hohlraum-Resonatoren normal leitende Fortsetzungen 600 in Fig. 6 als jeweiliges Dämpfungsglied angefügt ist, d. h. diese in diesem Sinne ausgeführt werden.

Es ist mit Rücksicht auf Störempfindlichkeit vorteilhaft, die supraleitenden Leiterbahnen der Zuleitungen 43 und 44 als coplanare Streifenleiter auszubilden. Erreicht ist dies bei der Erfindung durch Führung dieser Leiterbahnen parallel zu einer supraleitenden Fläche. Dazu wird ein solcher Aufbau gewählt, bei dem zusätzlich parallel zur Ebene der Leiterbahnen 43, 44 oberhalb oder unterhalb, und zwar auf den Bereich dieser Leiterbahnen beschränkt, jedoch beide Zuleitungen 43, 44 gemeinsam überdeckend, eine weitere HTS- Supraleiterschicht 400 (Fig. 6) eingefügt ist. Eine zusätzliche Isolatorschicht ist zur Vermeidung eines Kurzschlusses der Leiterbahnen 43, 44 miteinander eingefügt. Eine solche zusätzliche Supraleiterschicht 400 kann dabei vorteilhafterweise mit der Abschirmung 100 für die Josephson- Kontakte K₁ und K₂ kombiniert sein, indem man sie (nicht dargestellt) sich auch über den Bereich dieser Kontakte (und die Verbindungen 32, 33) erstrecken läßt.

Für eine gute Flußspannungswandlung eines erfindungsgemäßen SQUID-Gradienten-Magnetometer-Sensors ist es wichtig, LC- Resonanzen zu dämpfen bzw. zu unterdrücken, die von den Josephson-Oszillatoren der Kontakte K₁ und K₂ gespeist werden. Der Resonanzkreis wird gebildet von der SQUID- Induktivität und den Kapazitäten der Kontakte K₁ und K₂. Zur Dämpfung bzw. Unterdrückung dieser Oszillationen ist in der Fig. 3a (und ebenso auch für die Beispiele der Fig. 1 und 2 anwendbar) eine Impedanz Z zwischen den beiden, die Josephson-Kontakte enthaltenden Leitern 32 und 33 eingefügt. Die Impedanz ist zweckmäßigerweise so zu bemessen, daß sie bei der Resonanzfrequenz f_res klein ist gegenüber dem Produkt Resonanz-ω . L_SQ, wobei L_SQ die SQUID-Induktivität ist.

Fig. 4b zeigt ein zusätzliches erläuterndes Ersatzschaltbild. Das SQUID ist hier durch ein R_SC_S-Glied überbrückt. Im GHz-Bereich soll bei der Resonanzfrequenz erreicht sein R_S < 1/ωC_S und ω . L_SQ/2 < R_S. Da damit für hohe Frequenzen zwischen den Schaltungspunkten A und B effektiv Kurzschluß besteht, kann sich kein relevanter Resonanzstrom j mehr ausbilden. Es kann sich für den Magnetfluß ident. 0 nur ein hochfrequenter Wirbel ausbilden. Der dazugehörige Strom ist j'. Durch C_S allein würden kompensierte Resonanzströme zugelassen werden. Durch R_S erfolgt zusätzlich Dämpfung. Bei vorgegebenem Speisestrom J₀ erhöht dieser Effekt (für genügend großes J₀) vorteilhafterweise das SQUID-Signal

Es empfiehlt sich, auch die Zuleitungen 43, 44, die als coplanare Streifenleitungen (Fig. 6) ausgebildet sind, durch weitere dissipativ belastete Streifenleiter zusätzlich fortzusetzen.

Eine weitere verbesserte Ausgestaltung der Erfindung ist zu erreichen, wenn man die Flächen der Leiterbahnschleifen 24 ₁ bis 24 ₄ zusätzlich mit (gering) leitfähigem Material beschichtet, wobei diese Beschichtung N als Hochfrequenzschirm wirksam ist. Für diese weitere Ausgestaltung wird vorteilhafterweise ein solches Schichtmaterial gewählt, das einen spezifischen elektrischen Widerstand hat, der sehr viel größer als 1 Ohm × cm ist. Geeignete Materialien hierfür sind Kupfer- oder Nioblegierungen mit Schichtdicken bis 0,1 µm.

Für ein hochempfindliches erfindungsgemäßes Gradiometer kann es auch von Vorteil sein, in demjenigen Bereich der Zuleitungen zu den Anschlüssen 41 und 42, in dem die Umgebungstemperatur höher ist als für die Supraleitung notwendig ist, Filtersperren 700, als Beispiel in Fig. 4 gezeigt, vorzusehen. Für den Übergang zwischen Normaltemperaturbereich zum Supraleitungstemperatur-Bereich (bei der Erfindung 77 K) sind nämlich relativ lange elektrische Zuleitungen notwendig, um die erforderliche Wärmeisolation entlang der jeweiligen Zuleitung zu haben. Mit den Filtersperren ist verhindert, daß diese relativ langen Zuleitungen als Antennen wirken können.

Claims (9)

1. SQUID-Gradienten-Magnetometer-Sensor aus supraleitendem Material des HTS-Hochtemperatur-Supraleiter-Typs mit zwei Mehrschleifenanordnungen (24), die mit einer Koppelstruktur gekoppelt sind, die mindestens einen Josephson-Kontakt (K) aufweist und mit einer im Bereich des wenigstens einen Jo­ sephson-Kontaktes (K₁, K₂) vorgesehenen flächenhaften supra­ leitenden Schutzschicht (100) zum Schutz gegen direkte Ein­ streuung externer Magnetfelder, wobei diese Schutzschicht (100) im Sub-µm bis µm-Abstand vom Josephson-Kontakt (K) an­ geordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die von der jeweiligen SQUID-Schleife (24 _n) umschlossen eingenommene Fläche durch Beschichtung mit einer elektrisch leitenden Schicht (N) aus Material mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von mindestens 1 Ohm × cm gegen hochfrequente Störfelder abgeschirmt ist.

2. SQUID-Gradienten-Magnetometer-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelstruktur (32, 33, K₁, K₂, 36-39) als Streifenlei­ ter-Anordnung mit im Abstand über Verbindungsleiterbahnen (32, 33; 36-39) angeordneter, von diesen elektrisch isoliert vorgesehener leitender Beschichtung (300) ausgebildet ist, wobei eine Basislänge (B) der beiden Anteile des SQUID- Streifenpaars (24) von mindestens 10 mm und eine Induktivität der Koppelstruktur von kleiner als 100 pH gegeben sind.

3. SQUID-Gradienten-Magnetometer-Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifenleiter (300) der Koppelstruktur zusätzlich mit normal leitenden Streifenleiter-Fortsetzungen (600) zur Dämp­ fung von Hohlraumresonanzen versehen sind. (Fig. 6)

4. SQUID-Gradienten-Magnetometer-Sensor nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Schleifen (24) oder dem SQUID (K) eine Impe­ danz (7) bzw. ein RC-Glied (R_S, C_S) parallelgeschaltet ist, die bzw. das so bemessen ist, daß sie bei den Josephson-Frequenzen niederoh­ mig ist im Vergleich zu der Eigenresonanzimpedanz der Schlei­ fen (24), so daß Josephson-Oszillationen nur geringfügig ein­ koppeln können (Fig. 4b)

5. SQUID-Gradienten-Magnetometer-Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehr­ schleifen-Anordnungen (24) mit parallelgeschalteten Schleifen mit wenigstens einem elektrischen Widerstand (Z; R_S) zur Dämpfung von LC-Resonanzen versehen sind.

6. SQUID-Gradienten-Magnetometer-Sensor nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß für einen Einstellstrom (J) des Sensors vorge­ sehene Zuleitungen (43, 44) zu SQUID-Schleifen (24) der Mehr­ schleifen-Anordnungen mittels davon elektrisch isoliert ange­ ordneter, parallellaufender, elektrisch leitender Schicht (400) zu Streifenleitern als Sperre für das Einstreuen von Hochfrequenzstörungen ausgebildet sind.

7. SQUID-Gradienten-Magnetometer-Sensor nach einem der An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß für einen Einstellstrom (J₀) des Sensors vorge­ sehene Zuleitungen (43, 44) durch Tiefpaßfilter (700) mitein­ ander elektrisch verbunden sind.

8. SQUID-Gradienten-Magnetometer-Sensor nach einem der An­ sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Koppelstruktur (Fig. 4) die beiden Schlei­ fen-Anordnungen (24 _1,2/24 _3,4) miteinander in Reihe geschaltet verbindet.

9. SQUID-Gradienten-Magnetometer-Sensor nach einem der An­ sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Koppelstruktur die beiden Schleifen-Anordnungen (24 _1-6/24 _11-16) miteinander parallel geschaltet verbindet.