ES2213620T3 - Dispositivo para la medicion de alta resolucion de campos magneticos. - Google Patents

Abstract

Dispositivo para la medición con alta resolución de campos magnéticos o para la determinación cuantitativa de alta precisión de la intensidad de la inducción magnética con una red (1, 2) de transiciones (3, 4) entre superconductores (5, 6) que presentan efectos Josephson, en lo sucesivo denominadas uniones, comprendiendo la red mallas (7, 7a hasta 13, 14a) cerradas, en lo sucesivo denominadas celdas, que presentan en cada caso como mínimo dos uniones (3, 4) que están conectadas de forma superconductora, e incluyendo la red al menos tres de estas celdas, cayendo por cada una de las al menos tres celdas, en caso de alimentación con una corriente supercrítica constante, una tensión dependiente del campo magnético, estando conectadas las al menos tres celdas de forma superconductora y / o no superconductora y las uniones (3, 4) de las como mínimo tres celdas están conectadas de forma galvánica a una fuente de corriente y / o tensión y pueden alimentarse con una corriente supercrítica, de tal manera que por la red disminuye una tensión dependiente del campo magnético, poseyendo dicha tensión, en el caso de una alimentación con una corriente supercrítica constante, una porción de tensión continua que no se desvanece, caracterizado porque las al menos tres celdas están configuradas, de modo intencionado, con una forma geométricamente diferente y están dispuestas de tal manera que los flujos magnéticos contenidos por las celdas, en el caso de que haya un campo magnético presente en el punto de la red, son diferentes e inconmensurables de forma intencionada y, por tanto, no poseen ningún máximo común denominador o, en caso de que exista un máximo común denominador, este máximo común denominador es, de forma intencionada, menor o, como máximo, igual al flujo magnético más pequeño contenido por una de las como mínimo tres celdas, y porque en el caso de que se alimente con una corriente supercrítica constante, si no existe ningún máximo común denominador, la porción de tensión continua de la tensión que cae por la red sólo es mínima cuando el valor del campo magnético presente es mínimo y, con ello, la porción de tensión continua no posee ningún periodo en relación con el flujo magnético o, en caso de que exista un máximo común denominador, el periodo de la porción de tensión continua es igual o mayor que la proporción multiplicada por el cuanto de flujo elemental de todo el flujo contenido por las al menos tres celdas para formar el máximo común denominador.

Description

Dispositivo para la medición de alta resolución de campos magnéticos.

La invención se refiere a un dispositivo para la medición de alta resolución, especialmente para la medición absoluta de alta resolución de campos magnéticos según el preámbulo de la reivindicación 1.

Estado de la técnica

El principio de medición se basa en el efecto físico de la interferencia cuántica macroscópica, tal como la que se presenta en circuitos de corriente, cerrados, de materiales superconductores, que están acoplados entre sí por uniones Josephson de efecto túnel o, en general, por los denominados enlaces débiles.

Se sabe que los circuitos superconductores de corriente, cerrados, que contienen uniones Josephson o enlaces débiles pueden utilizarse para medir cambios muy pequeños de los campos magnéticos hasta del orden de fT (10^{-15} teslas). En el caso de los dispositivos correspondientes al estado de la técnica, los denominados dispositivos SQUID (Superconducting Quantum Interferente Devices, Dispositivos Superconductores de Interferencia Cuántica), se utilizan simplemente anillos superconductores de corriente, cerrados, que normalmente contienen dos uniones Josephson, aunque en aplicaciones aisladas también más. En tanto que estos anillos de corriente se excitan con una corriente que está por debajo de una corriente crítica, en las uniones no disminuye la tensión. Sin embargo, en los modernos dispositivos SQUID, los anillos de corriente se excitan mediante una corriente supercrítica temporalmente constante, de tal manera que entre los dos electrodos superconductores a los dos lados de la unión disminuye una tensión alterna que cambia rápidamente con el transcurso del tiempo. La frecuencia de esta tensión alterna depende de la intensidad I_{0} de la corriente de excitación y de la intensidad del flujo magnético \Phi = B_{\bot}F que atraviesa el anillo, donde B_{\bot} designa el componente del campo \vec{B} magnético vectorial que es perpendicular a la superficie F de los dispositivos SQUID. Como magnitud de medición fácilmente accesible sirve la tensión continua \langleV(\upbar{B}; I_{0})\rangle que disminuye por el anillo de corriente, la cual se origina por la promediación temporal de la tensión alterna rápidamente cambiante en uno o varios periodos. En la figura 12 se traza la curva de calibración \langleV(\upbar{B}; I_{0})\rangle de un dispositivo dc-SQUID típico de este tipo de dos uniones. Siempre que el flujo \Phi que atraviesa el anillo corresponda a un múltiplo entero del cuanto \Phi_{0}=\frac{h}{2e} \cong 2x10^{-15}Tm^{2} de flujo elemental, la curva de calibración tomará un valor mínimo para múltiplos fraccionarios del cuanto \Phi_{0} de flujo elemental en lugar de un valor máximo. Las curvas de calibración de todos los sistemas SQUID conocidos hasta el momento poseen una periodicidad de este tipo. En el caso de que la superficie F del anillo de corriente sea conocida, puede determinarse el componente de la inducción magnética \vec{B}, el cual es perpendicular a esta superficie, hasta múltiplos enteros de \Phi_{0}, es decir, por eso en principio sólo pueden medirse \Phimod\Phi_{0}. Por tanto, debido a la periodicidad de la curva de calibración \langleV(\upbar{B};I_{0})\rangle, los dispositivos SQUID habituales no pueden utilizarse para la medición de precisión absoluta cuantitativa de la inducción magnética \vec{B}. Para ello se requiere, por el momento, la combinación muy costosa y laboriosa con otros procedimientos físicos de medición tales como, por ejemplo, la combinación con magnetómetros de bombeo óptico. De forma correspondiente, los sectores de aplicación comercial de los dispositivos SQUID están limitados a la detección espacial o temporal de cambios relativos de los campos, tales como los que se presentan, por ejemplo, durante la comprobación de los materiales o la investigación de procesos de cambio de las sustancias en organismos biológicos. No obstante, en el caso de estas aplicaciones también debe conocerse de antemano la dimensión de los cambios en el campo si la medición debe posibilitar algo más que sólo meras proposiciones cualitativas o estimaciones aproximadas.

Los documentos JP-A-57 132 072, US-A-5.326.986, WO-A-96/39635 y US-A-5.574.290 describen redes convencionales de dispositivos SQUID.

La tarea de la invención es conseguir un dispositivo sencillo que posibilite la medición absoluta de gran precisión de campos magnéticos, especialmente también de campos magnéticos que cambian en función del tiempo y, además, que pueda recurrir en todo su alcance a la criotecnología desarrollada para los dispositivos SQUID convencionales.

Esta tarea se soluciona mediante un dispositivo según la reivindicación 1.

La invención parte de un dispositivo para la medición de alta resolución, especialmente para la medición absoluta de alta resolución de campos magnéticos, especialmente campos magnéticos que cambian en función del tiempo, el cual comprende una red de transiciones entre superconductores que presentan el efecto Josephson, denominadas en lo sucesivo "uniones", teniendo la red mallas cerradas, en lo sucesivo denominadas celdas, que presentan en cada caso como mínimo dos uniones, estando conectadas dichas uniones de forma superconductora, y con lo que al menos tres de estas celdas están conectadas eléctricamente de forma superconductora y/o no superconductora. Entonces, la idea central de la invención consiste en que a las uniones de las al menos tres celdas puede alimentárseles corriente, de tal manera que, en cada caso, por al menos dos uniones de una celda disminuya una tensión que cambia en función del tiempo, cuya media temporal no se desvanece, y de tal manera que las al menos tres celdas estén configuradas de una forma geométricamente diferente, de tal manera que los flujos magnéticos contenidos en las celdas, en caso de que haya un campo magnético presente, se diferencien de tal manera que el espectro de frecuencias de la función de respuesta de la tensión, en relación con el flujo magnético, no posea ninguna porción periódica significativa de \Phi_{0}, o de tal manera que, en caso de que exista un espectro de frecuencias discreto, la aportación de la porción periódica de \Phi_{0} del espectro de frecuencias discreto no sea dominante en comparación con la porción no periódica de \Phi_{0} del espectro de frecuencias discreto.

En relación con la periodicidad de la función de respuesta de la tensión, también puede elegirse la siguiente sentencia funcional: las al menos tres celdas están configuradas de forma geométricamente diferente, de tal manera que los flujos magnéticos contenidos en las celdas, en caso de que haya un campo magnético presente, estén relacionados entre sí de tal manera que el periodo de la función de respuesta de la tensión de la red, en relación con el flujo magnético que atraviesa las celdas de la red en su totalidad, sea mayor o mucho mayor que el valor de un cuanto de flujo elemental o la respuesta de tensión ya no presente una porción periódica de \Phi_{0}. La invención se basa en el reconocimiento de que, en un caso ideal, la función de respuesta de la tensión ya no posee ningún periodo si los flujos magnéticos contenidos en las celdas no mantienen ninguna relación lógica entre sí. Además, preferiblemente, las diferencias de superficie de las celdas individuales son relativamente grandes. Especialmente en este caso, las celdas conectadas de forma superconductora se superponen de tal manera que la función de respuesta de la tensión ya no presente ningún periodo.

Por consiguiente, según la invención se conectan intencionadamente entre sí celdas diferentes, algo que el experto siempre intentaría evitar en el caso de las disposiciones SQUID convencionales. Esto se expresa, por ejemplo, en la publicación de HANSEN, BINSLEV J., LINDELOF P. E.: Static and dynamic interactions between Josephson junctions, en Reviews of Modern Physics, vol. 56, nº 3, julio de 1984, pp. 431 - 459. En esta publicación, en el último párrafo de la columna izquierda de la página 434, así como en los siguientes párrafos de la columna de la derecha, se favorece un sistema con celdas y uniones idénticas y, por el contrario, las disimetrías se clasifican como contraproducentes para el funcionamiento del dispositivo SQUID correspondiente.

Por el contrario, los dispositivos según la invención (denominados en lo sucesivo Filtros Superconductores de Interferencias Cuánticas, o SQIF) presentan el efecto físico de la múltiple interferencia cuántica macroscópica, de tal manera que se elimina la ambigüedad de las curvas de calibración de los magnetómetros y gradiómetros SQUID convencionales.

En un filtro superconductor de interferencias cuánticas, las funciones de ondas mecánico-cuánticas que describen el estado del sólido superconductor se interfieren de tal manera que se forma una curva de calibración \langleV(\upbar{B};I_{0})\rangle macroscópica unívoca. En un caso ideal, la curva de calibración \langleV(\upbar{B};I_{0})\rangle del filtro superconductor de interferencias cuánticas no posee ninguna periodicidad con el periodo de \Phi_{0} y, en un intervalo de medida determinado, es una función creciente de forma monótona del valor del campo magnético \vec{B} externo en la ubicación del dispositivo SQIF.

La característica inequívoca de la curva de calibración y la alta sensibilidad de los filtros superconductores de interferencias cuánticas permiten la medición directa de campos electromagnéticos que cambian en función del tiempo en un intervalo de frecuencias continuo cuyo límite inferior está situado en v_{ext} \approx 0 y su límite superior, dependiendo del tipo de unión Josephson o de enlace débil empleado, está situado por el momento en varios cientos de GHz a THz. A todo este intervalo de frecuencias puede accederse con un único filtro superconductor de interferencias cuánticas diseñado de forma correspondiente. Al detectar ondas electromagnéticas, el filtro superconductor de interferencias cuánticas opera simultáneamente como antena receptora, filtro y potente amplificador. En este sentido, los ruidos inherentes de los filtros de interferencias cuánticas diseñados de forma adecuada pueden ser varios órdenes de magnitud menores que los ruidos inherentes de los magnetómetros SQUID convencionales. En este sentido, otra ventaja respecto a las antenas y filtros convencionales consiste, entre otras cosas, en que, dependiendo del principio de medición, el intervalo de frecuencias no depende de la extensión espacial del filtro superconductor de interferencias cuánticas. La extensión espacial sólo puede ejercer influencias sobre la sensibilidad.

La fabricación de los filtros superconductores de interferencias cuánticas puede realizarse de acuerdo con los procedimientos técnicos rentables conocidos tal como se emplean, por ejemplo, en la fabricación moderna de los dispositivos SQUID convencionales. Dado que la extensión espacial de los filtros superconductores de interferencias cuánticas no debe diferenciarse fundamentalmente de la extensión espacial de los sistemas SQUID convencionales, pueden aplicarse directamente las criotecnologías desarrolladas para los sistemas SQUID convencionales. No son necesarios desarrollos especiales en el campo de la criotecnología.

Preferiblemente, en un sistema formado por las celdas descritas anteriormente están previstos, como mínimo para una celda, apropiadamente para la mayor parte de las celdas, exactamente dos uniones por celda, las cuales están conectadas de forma superconductora y están conectadas eléctricamente en paralelo. Mediante exactamente dos uniones pueden conseguirse los efectos que se acaban de describir de forma relativamente sencilla y apropiada.

Sin embargo, los efectos deseados también pueden conseguirse de manera apropiada si se prevén en una celda más de dos uniones que están conectadas de forma superconductora y eléctricamente en paralelo y, concretamente, en forma de una conexión en serie de uniones que está conectada en paralelo con una unión individual, o en forma de dos conexiones de uniones en serie conectadas en paralelo.

Sin embargo, los efectos según la invención también pueden conseguirse mediante estructuras de al menos una celda de una red en las que, junto a una forma básica de al menos dos uniones en la que disminuye una tensión que cambia en función del tiempo, que no se desvanece en la media temporal, especialmente junto a una forma básica de dos uniones conectadas eléctricamente en paralelo, está prevista otra unión o varias uniones adicionales, no alimentándose corriente directamente a dichas uniones (véanse las figuras 2b, 2e y 2f) y, por tanto, en estas uniones no disminuye la tensión en el valor medio. A este respecto, además, las conexiones de todas las uniones de las celdas individuales son superconductoras. Este tipo de formas de realización puede ser ventajoso puesto que, gracias a las uniones adicionales, pueden reducirse las corrientes de apantallamiento inducidas en las celdas individuales. Con ello puede evitarse la influencia de las inductancias propias y mutuas.

Respecto al estado de la técnica puede indicarse la siguiente bibliografía.

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En una forma de realización especialmente preferida de la invención, varias celdas forman una red o una sección de red en la que están conectadas eléctricamente en paralelo todas las uniones, de tal manera que puede alimentarse corriente a las uniones en el mismo sentido. En especial, si en este contexto las celdas están conectadas entre sí de forma superconductora, gracias a una disposición de este tipo pueden conseguirse sensibilidades especialmente grandes para la medición de un campo magnético.

Sin embargo, varias celdas o secciones de celdas también pueden conectarse eléctricamente en serie de tal manera que nuevamente pueda alimentarse corriente a las uniones de la red en la misma dirección. Mediante esta medida puede aumentarse el tamaño de la señal de medida puesto que en la conexión en serie las tensiones se suman a las uniones. También puede conseguirse una sensibilidad especialmente alta mediante la conexión en paralelo de disposiciones en serie de varias celdas o secciones de red. Puesto que, debido al gran número de celdas en este tipo de formas de realización, además se reduce intensamente el ruido inherente, esto también posibilita la detección de los campos magnéticos cuya intensidad es varios órdenes de magnitud menor que en los sistemas SQUID convencionales. Preferiblemente, en esta forma de realización, las secciones de red o celdas están conectadas de forma superconductora, especialmente mediante cables superconductores de par trenzado. Además, la capacidad de resolución de los filtros superconductores de interferencias cuánticas puede llegar hasta el orden de aT (10^{-18} teslas) y por debajo. La curva de calibración también sigue siendo inequívoca para este tipo de intervalos de medida, de tal manera que se posibilitan las mediciones absolutas cuantitativas de campos extremadamente pequeños.

La red puede emplearse excitada por tensión o por corriente.

Para conseguir efectos Josephson ideales en la medida de lo posible, además de esto se propone que las uniones estén realizadas como uniones puntuales.

Para aumentar la sensibilidad de un dispositivo según la invención, se propone además que la geometría de la disposición de celdas esté realizada de tal manera que se reduzca una diafonía magnética de una celda a una celda contigua debido a un campo magnético autoconsistente originado por una corriente que fluye en las celdas.

En otra configuración ventajosa de la invención, la red está equipada con una disposición de anillos y/o superficies superconductoras que desplazan y/o intensifican el campo magnético, de tal manera que el flujo magnético producido por un campo magnético primario en estas zonas superconductoras se acople en las celdas de la red. En el caso de dispositivos SQUID, esto es un método conocido para aumentar su sensibilidad puesto que este tipo de disposiciones de anillos, condicionadas por el denominado efecto Meissner del superconductor, tienen la propiedad de impulsar a su entorno exterior el flujo magnético que las atraviesa. Si en este perímetro exterior está dispuesto un SQIF o un SQUID, predomina entonces un campo magnético intensamente aumentado por este bucle de captación (pick-up loop). Esto no sólo es válido para disposiciones de anillos, sino también para zonas superconductoras de superficie (denominadas obleas). En este contexto también se habla de "focalización del flujo". Se ha puesto de relieve que un SQIF puede acoplarse mucho mejor en un denominado bucle de captación que un SQUID convencional. Entonces, en el caso de los dispositivos SQUID convencionales con un bucle de captación existe el problema de que, debido a la gran diferencia entre la superficie efectiva de los dispositivos SQUID (por regla general, como máximo aprox. 50 \mum x 50 \mum) y la superficie efectiva del bucle de captación (por regla general del orden de cm x cm), se presenta una inadaptación de impedancia muy intensa, que representa un gran problema especialmente en el caso de aplicaciones de alta frecuencia. Puesto que la superficie efectiva (total) de los dispositivos SQIF es, por regla general, mucho mayor que la de los dispositivos SQUID, el problema de una inadaptación de impedancia en el caso de los dispositivos SQIF es mucho menor o está solventada.

En otra configuración preferida de la invención, las celdas de la red y/o las secciones de red están orientadas de manera espacial, en especial de manera espacialmente bidimensional o tridimensional. Gracias a esta medida se posibilita determinar, además del valor del campo magnético, componentes individuales del campo magnético. En el caso de una disposición espacial tridimensional, puede medirse con ello la dirección del campo magnético.

Además, se prefiere que la corriente que excita las uniones de la red, se alimente y/o descargue nuevamente a través de resistencias óhmicas que están realizadas especialmente como resistencias en forma de barra de conexión. Entonces, las mediciones han demostrado que la alimentación de la corriente de excitación a través de resistencias óhmicas puede mejorar considerablemente el rendimiento del SQIF.

En otra realización ventajosa de la invención, las celdas individuales y/o las secciones de red y/o toda la red están equipadas con un circuito de compensación para generar un campo magnético secundario, de tal manera que el flujo magnético generado por un campo magnético primario puede compensarse de forma controlada a través de las celdas individuales, secciones de red o toda la red. Esto puede realizarse especialmente porque, junto a la ubicación de las celdas individuales y/o secciones de red y/o a toda la red, se genera un campo magnético estático controlable o que cambia en función del tiempo. Con ello puede seleccionarse, en principio de cualquier manera, el intervalo de medida del filtro superconductor de interferencias cuánticas.

Preferiblemente, el dispositivo según la invención está conectado con un ordenador electrónico para, por ejemplo, valorar la respuesta de tensión de la red o para controlar el circuito de compensación.

Dibujos

En los dibujos se muestran varios ejemplos de realización de la invención y se explican detalladamente indicando ventajas adicionales y particularidades.

Muestran:

las figuras 1a y 1b, en una representación espacial, una red de múltiples celdas formada por uniones Josephson conectadas en paralelo,

la figura 2, el esquema de conexiones de un circuito de corriente, superconductor, equivalente a un filtro de interferencias cuánticas con N = 10 uniones,

las figuras 2a a 2f, esquemas de conexiones de otros circuitos de corriente superconductores según la invención,

la figura 3, una función de respuesta de tensión para una red con N = 30 uniones,

las figuras 4a y 4b, funciones periódicas de respuesta de tensión para dispositivos SQUID convencionales,

la figura 4c, la función de respuesta de la tensión de un filtro superconductor de interferencias cuánticas según la invención,

la figura 4d, la función de respuesta de la tensión de un SQUID y un SQIF,

la figura 5, una disposición espacial mostrada mediante símbolos de un filtro superconductor de interferencias cuánticas en la que se muestra la base vectorial del espacio tridimensional,

la figura 6, un filtro plano superconductor de interferencias cuánticas, mostrado de forma esquemática, con un dispositivo de compensación del campo magnético,

la figura 7, en una vista esquemática, un filtro superconductor de interferencias cuánticas con una línea de control conectado en paralelo,

la figura 8, una trama de secciones SQIF mostrada de forma esquemática,

las figuras 9a a 9c, un filtro superconductor de interferencias cuánticas, mostrado de forma esquemática, con una disposición geométrica para minimizar las influencias de los campos propios,

la figura 10a, una red de celdas de red conectadas en serie,

la figura 10b, una función de respuesta de la tensión correspondiente a una red según la figura 10a, en una conexión en serie para N = 100 celdas de red,

la figura 10c, una línea característica de la tensión de corriente de una red según la figura 10a, cuando puede ponerse en funcionamiento como un amplificador de corriente con ayuda de un circuito de corriente de compensación,

la figura 11a, en la imagen superior, la función de respuesta de la tensión típica de un SQUID convencional con el espectro de frecuencias correspondiente en la imagen inferior,

la figura 11b, en la imagen superior, una función de respuesta de la tensión típica de una red formada por celdas idénticas y el espectro de frecuencias correspondiente en la imagen inferior,

la figura 11c, en la imagen superior, la función de respuesta sin periodicidad de la tensión de un filtro de interferencias según la invención y el espectro correspondiente en la imagen inferior,

la figura 11d, en la imagen superior, una función de respuesta de la tensión y, en la imagen inferior, el espectro correspondiente de un filtro de interferencias cuánticas que posee una periodicidad relativamente grande condicionada técnicamente,

la figura 12, la curva de calibración de un dc-SQUID, y

la figura 13, un filtro superconductor de interferencias cuánticas, mostrado de forma esquemática, con un bucle de captación (pick-up loop) superconductor que intensifica el campo magnético primario junto a la ubicación del filtro.

Descripción de los ejemplos de realización

A continuación se explicarán de forma detallada los ejemplos de realización de la invención ilustrados en la figura 1. Las imágenes según la figura 1a y 1b muestran las realizaciones físicas según la invención de las redes 1, 2 simples de múltiples anillos con uniones 3, 4 Josephson cuyas geometrías y comportamientos de detección constituyen filtros superconductores de interferencias cuánticas. Las redes 1, 2 se componen de zonas 5, 6 superconductoras que están conectadas entre sí mediante las uniones 3, 4 Josephson. Además, las zonas superconductoras pueden estar compuestas tanto de materiales superconductores de bajas temperaturas, como también de materiales superconductores de alta temperatura. Tampoco la capacidad funcional de la red depende de la realización especial de las uniones Josephson (por ejemplo, uniones rotas, uniones en escalón, microuniones, etc.). Los datos cuantitativos con respecto a los ejemplos de realización se refieren, por ejemplo, a las especificaciones de los parámetros de las uniones típicas correspondientes al estado de la técnica formadas por superconductores convencionales, por ejemplo, aquellas uniones Josephson fabricadas con la tecnología Nb/AlO_{x}/Nb, tales como las que se emplean en los magnetómetros SQUID convencionales. Este tipo de uniones poseen corrientes i_{c} críticas típicas de aproximadamente 200 \muA y una resistencia r_{n} normal que está definida por una resistencia óhmica externa, conectada en paralelo, de, por ejemplo, aproximadamente 1 \Omega, así como una capacidad c_{n} de derivación geométrica en el orden de los pico faradios. La extensión espacial de la red puede ser comparable a la de los dispositivos SQUID convencionales. Las dimensiones de las celdas de las redes se sitúan entonces en el intervalo de los \mum hasta los mm. Sin embargo, en función de la aplicación, las redes según la invención también pueden presentar celdas con dimensiones mayores o menores.

En las figuras 1a y 1b, el filtro superconductor de interferencias cuánticas está constituido por una red 1, 2 plana de uniones 3, 4 de Josephson que posee celdas 7 a 13 ó 7a a 14a, las cuales poseen en cada caso dos uniones en la dirección de la corriente. En la figura 2 se muestra el esquema de conexiones del circuito superconductor de corriente equivalente de un SQIF con N = 10 uniones. La red se caracteriza porque las superficies individuales de las celdas 7 a 13 poseen un tamaño diferente y las áreas | a_{j} | de las diferentes celdas de la red no mantienen entre sí ninguna relación lógica. Con 14 se designan resistencias equivalentes. La cruz indica las uniones 1 a 10 Josephson. Mediante los recuadros de líneas y puntos alrededor de las uniones Josephson se indica la zona conectada de forma superconductora. Las líneas gruesas de trazo continuo dentro de este recuadro simbolizan conexiones superconductoras. Especialmente con estas condiciones, se origina el efecto físico de la interferencia cuántica, macroscópica, múltiple, de tal manera que las funciones de ondas mecánico-cuánticas que describen el estado de las zonas superconductoras de la red, sólo interfieren de forma constructiva cuando el flujo magnético que atraviesa la red se desvanece de forma idéntica. El estado global macroscópico de la red puede extraerse porque la red se excita por medio de una corriente I_{0} supercrítica constante. Entonces se produce una función \langleV(\upbar{B}; I_{0})\rangle de respuesta de la tensión que sólo tiene un valor mínimo global absoluto en el caso de | \vec{B} | = 0 y aumenta de forma monótona en el caso de | \vec{B} | creciente, hasta que finalmente se obtiene un valor V_{máx} (\upbar{B}; I_{0}) que permanece casi constante, el cual ya no cambia fundamentalmente en caso de | \vec{B} | creciente de forma adicional, tal como se muestra esquemáticamente en la figura 3 para una red según la invención con N = 30 uniones. Para un campo magnético | \vec{B} | presente en el lugar de la red, con 0 < | \vec{B} | < | \vec{B} |_{S}, la función de respuesta de la tensión del filtro superconductor de interferencias cuánticas es, por tanto, inequívoca. Para | \vec{B} | > | \vec{B} |_{S}, se produce una respuesta de tensión oscilante casi en V_{máx}, cuya varianza con N creciente rápidamente se hace menor, con lo que V_{máx} es el valor máximo global absoluto de la función de respuesta de la tensión (véase la figura 3). El intervalo de medida del filtro superconductor de interferencias cuánticas se determina mediante la diferencia entre el valor mínimo global V_{\text{mín}} = \langleV(| \vec{B} | = 0; I_{0})\rangle y el valor máximo V_{máx} - \DeltaV, con lo que \DeltaV indica la diferencia entre el valor mínimo local más pequeño para | \vec{B} | > | \vec{B} |_{S} y V_{máx}. Con ello, el valor | \vec{B} | = 0 define el límite inferior del intervalo de medición y el valor de | \vec{B} | en el que la respuesta de tensión alcanza el valor V_{máx} - \DeltaV, define el límite superior | \vec{B} |_{S} del intervalo de medición (véase la figura 3). La magnitud de \DeltaV depende, además, del número de celdas que posee la red y de la selección del área de las celdas individuales de la red o de sus relaciones entre sí. Esto se explica de forma detallada en la descripción teórica subsiguiente del filtro superconductor de interferencias cuánticas del próximo párrafo.

En las figuras 2b a 2f se representan formas de realización de redes en las que las celdas individuales de las redes, además de las dos uniones 3 funcionales necesarias según la figura 2a, comprenden una unión adicional o varias uniones adicionales. Además, las uniones están indicadas como cruces. Las líneas gruesas de trazo continuo indican uniones superconductoras. Las líneas delgadas de trazo continuo pueden ser uniones conductoras normales o superconductoras. Además, las uniones adicionales puede estar colocadas en las celdas individuales de la red de tal manera que a través de ellas no fluya ninguna corriente de excitación o sólo una pequeña parte de ésta (uniones 3a por las que no fluye corriente directamente) y en el medio tampoco disminuye la tensión que cambia en función del tiempo. Mediante este tipo de formas de realización pueden reducirse las corrientes de apantallamiento inducidas por un campo magnético en las celdas individuales. Además, puede reducirse, por tanto, la influencia de las inductancias propias y las inductancias mutuas. Sin embargo, las uniones adicionales pueden estar aplicadas de tal manera que sean atravesadas por la corriente I de excitación (uniones 3b por las que fluye corriente directamente). También es posible una combinación de una unión 3a o varias uniones 3a y una unión 3b o varias uniones 3b en celdas individuales o en varias celdas de la red.

En las figuras 4a a 4c se muestra, para la comparación directa, la función de respuesta de la tensión de unos SQUID convencionales de un anillo (figura 4a), unos SQUID convencionales de múltiples anillos con celdas unificadas regulares del mismo tamaño (figura 4b) y un filtro superconductor de interferencias cuánticas (figura 4c). El ejemplo citado para el SQUID de un anillo se compone de un único anillo superconductor o celda con dos uniones Josephson, el SQUID de múltiples anillos se compone de una disposición en paralelo de este tipo de SQUID idénticos de un anillo ("matriz conductora") con N = 30 uniones, y el filtro superconductor de interferencias cuánticas está configurado según la invención y posee también N = 30 uniones. La corriente I_{0} de excitación está seleccionada para cada tres disposiciones de tal manera que, para | \vec{B} | = 0, la corriente por unión posee el valor 1,1 i_{c}, de tal manera que la diferencia V_{máx} - V_{\text{mín}} de la tensión es la misma para cada tres dispositivos. En la figura 4d se muestran nuevamente las funciones de respuesta de la tensión de un SQUID convencional y un SQIF mediante un ejemplo de realización concreto. Mientras que los dispositivos según el estado de la técnica (SQUID de un único anillo y SQUID de varios anillos) poseen una función <V> periódica de respuesta de la tensión con el periodo \Phi_{0}, de tal manera que no es posible ninguna medición absoluta del campo magnético, el filtro superconductor plano de interferencias cuánticas posee una función de respuesta de la tensión inequívoca. Esta función de respuesta de la tensión del SQIF posibilita con ello la medición cuantitativa absoluta del campo magnético. En el ejemplo seleccionado, el intervalo de medición se sitúa entre \Phi = 0 y \Phi \equiv B_{\bot} \upbar{F} \approx 0,02 \Phi_{0}. En el caso de una superficie \upbar{F} de celda de red media en el orden de \mum^{2}, esto corresponde a intensidades de campo magnético entre B_{\bot} = 0 y B_{\bot} = 10^{-14} y, para \upbar{F} en el orden de mm^{2}, a intensidades del campo magnético de entre B_{\bot} = 0 T y B_{\bot} = 10^{-10} T. El límite de resolución puede situarse en estos ejemplos en el intervalo de 10^{-13} T a 10^{-16} T.

Gracias al empleo de un circuito de compensación con ayuda del cual puede acoplarse de forma controlada un flujo magnético de intensidad conocida en el filtro superconductor de interferencias cuánticas, puede variarse de cualquier manera, manteniendo una sensibilidad constante, el intervalo de medición del dispositivo según la invención. En los otros ejemplos de realización se presentan dispositivos correspondientes.

La descripción teórica electrotécnica del filtro superconductor de interferencias cuánticas puede tener lugar, con ayuda del denominado modelo RSCJ (RCSJ = Resistively and Capacitively Shunted Junction) para las uniones Josephson individuales, considerando la teoría de redes para circuitos superconductores. En el modelo RSCJ se describe la unión Josephson individual mediante una inductancia no lineal a la que están conectadas en paralelo una resistencia r_{n} óhmica de derivación y una capacidad c_{n} geométrica de derivación que caracteriza la barrera de túnel. La descripción del estado macroscópico de las uniones Josephson tiene lugar mediante la diferencia invariante de calibración de las fases macroscópicas mecánico-cuánticas en los dos electrodos superconductores enfrentados de la unión correspondiente. Esta diferencia de fases se designa con \Phi_{j}, con lo que j = 1 ... N indica las uniones individuales de la red. Entonces, las relaciones en las que se basa la dinámica de la red vienen dadas por

(1)I_{j} = i_{c} \ sen \ (\Phi_{j}) + \frac{v_{j} (t)}{r_{n}} + c_{n} \ \partial_{t} \ v_{j} \ (t)

(2)v_{j} \ (t) = \frac{\eta}{2e} \ \partial_{t} \ \Phi_{j}

(3)\Phi_{j+1} - \Phi_{j} = 2\pi \ \frac{\Phi_{j}}{\Phi_{0}}

donde I_{j} indica la corriente que fluye a través de la unión de subíndice j con \sum^{N}_{j=1} I_{j} = I_{0} y \Phi_{j} designa el flujo magnético que atraviesa la celda de red de subíndice j. La ecuación 1 describe la relación no lineal entre la corriente I_{j} y la tensión v_{j} (t) que disminuye por la unión en el modelo RSCJ. La ecuación 2 corresponde a la segunda relación de Josephson, según la cual, la tensión v_{j} (t) que disminuye por la unión es directamente proporcional a la derivación \partial_{t}\ \Phi_{j} temporal de la diferencia \Phi_{j} de fases. La ecuación 3 es la expresión de la cuantificación del flujo magnético a través de un anillo superconductor cerrado.

Para mayor simplicidad, en la descripción teórica se ha supuesto que las uniones de la red son idénticas, es decir, que tanto las corrientes i_{c} críticas como también las resistencias r_{n} de derivación y las capacidades c_{n} de derivación conectadas en paralelo divergen de forma no estática o sistemática. Sin embargo, la incidencia de divergencias de los parámetros típicas, condicionadas por la fabricación, no perjudica la capacidad funcional del filtro superconductor de interferencias cuánticas. Además, la descripción teórica en el marco del modelo RSCJ se limita a los denominados puntos de unión, es decir, a uniones que son tan pequeñas que las diferencias de fase no varían debido a la extensión de las barreras de unión. Esto también es una suposición habitual en el caso de la descripción teórica de dispositivos SQUID convencionales. En el caso de filtros superconductores de interferencias cuánticas, esta suposición está justificada de forma especial puesto que, en contraposición a los dispositivos SQUID convencionales, los patrones de interferencias que se dan, con número creciente de las celdas de la red, están dominados por la dinámica de la red y, por tanto, sólo dependen de forma extremadamente débil de la geometría especial de las uniones individuales.

Las ecuaciones de red que resultan del mantenimiento de la corriente y de las ecuaciones 1 a 3 vinculan el campo magnético \vec{B} que actúa en la ubicación de la red y la corriente I_{0} de excitación con la tensión V(t) que disminuye por el circuito. Para campos magnéticos \vec{B} estáticos o que varían lentamente en comparación con la frecuencia de la red, la ecuación de red para el SQIF de este ejemplo de realización y, en general, para los dispositivos SQIF que se componen de celdas de red conectadas en paralelo, se escribe como ecuación diferencial de la forma

(4)\frac{\eta}{2e} \ \frac{c_{u}}{i_{c}} \ \partial^{2}_{t} \ \Phi_{1} + \frac{\eta}{2ei_{c} \ r_{u}} \ \partial_{1} \ \Phi_{1} + |S_{N} \ (\vec{B})|sen(\Phi_{1} + \delta_{N}) = \frac{I_{0}}{Ni_{c}}

(5)v_{1} \ (t) = \frac{\eta}{2e} \ \partial_{t} \ \Phi_{1}

donde el campo magnético \vec{B} = \vec{B}_{ext} + \vec{B}_{c} se compone del campo externo \vec{B}_{ext}, primario, a medir, y, por último, de un campo magnético \vec{B}_{c} de compensación, secundario, generado de forma controlada. El factor (i = \sqrt{-1}) estructural complejo que se presenta en la ecuación 4

S_{N} \ (\vec{B}) = \ | \ S_{N} \ (\vec{B}) \ | \ exp \ [i \ \delta_{N} \ (\vec{B})]

describe las propiedades geométricas y dinámicas del filtro superconductor de interferencias geométricas compuesto por N-1 celdas. Éste determina las propiedades de interferencias espaciales y temporales de la red en función de la intensidad del campo magnético a medir. El desplazamiento \delta_{N} de fase también depende de la geometría especial de la disposición, aunque no tiene ninguna influencia sobre la función \langleV(\upbar{B}; I_{0})\rangle respuesta de la tensión promediada en función del tiempo.

El factor S_{N} (\vec{B}) estructural complejo está definido para

(6)S_{N} \ (\vec{B}) = \frac{1}{N}\sum\limits^{N-1}_{n = 0}exp \ \left(\frac{2\pi\pi}{\Phi_{0}} \sum\limits^{n}_{m = 0}\langle \upbar{B},\upbar{a}_{m} \rangle \right)

donde los vectores \upbar{a}_{m} designan los elementos de las superficies orientadas (\frac{\upbar{a}_{m}}{ \ | \ \upbar{a}_{m} \ | \ } = normal de la superficie, | \upbar{a}_{m} | = área del anillo de orden m) de los anillos individuales de la red y es válido \upbar{a}_{0} = 0. Con ello, para el flujo magnético que atraviesa los anillos individuales de la red es válido \Phi_{m} = \langle\vec{B}, \vec{a}_{m}\rangle, con lo que para dos vectores \vec{a}, \vec{b} cualquiera, el producto escalar está definido por \langle\upbar{a}, \upbar{b}\rangle = | \vec{a} | | \upbar{b} |cos\angle(\upbar{a}, \upbar{b}). Si varía el campo magnético \vec{B} por la extensión del anillo, entonces en el punto de este producto escalar se presenta la correspondiente representación integral. La periodicidad de la red se determina mediante los flujos magnéticos acumulados

(7)\alpha_{n} = \sum\limits^{n}_{m=0} \langle \vec{B}, \vec{a}_{m} \rangle

con n = 0 ... N-1.

Para los dispositivos SQUID de un anillo convencionales en los que sólo existe una superficie \upbar{a}_{1} orientada, S_{N} adquiere con N = 2 el valor

S_{2} = \frac{1}{2} \left(1 + exp \left[\frac{2\pi\pi}{\Phi_{0}} \ \Phi \right] \right)

y

|S_{2}|= cos \ \left(\frac{\pi\Phi}{\Phi_{0}} \right)

Para dispositivos SQUID periódicos, planos, de varios anillos, con superficies de anillo idénticas, \upbar{a}_{1} = \upbar{a}_{2} = \upbar{a}_{3} = ... = \upbar{a}_{N-1} es \alpha_{n} = n\Phi con \Phi = B_{\bot} | \upbar{a}_{1} |, de manera que

S_{N} = \frac{1}{N} \sum^{N-1}_{n=0} exp \left[\frac{2\pi \pi}{\Phi_{0}} \ n\Phi \right]

es una sucesión geométrica con el resultado | S_{N} | = \frac{sen(N\pi\Phi / \Phi_{0})}{Nsen(\pi\Phi / \Phi_{0})}. Con ello, los factores estructurales para este tipo de dispositivos SQUID convencionales correspondientes al actual estado de la técnica poseen, independientemente del número de uniones, factores estructurales periódicos. Estos factores estructurales periódicos son la causa de funciones \langleV(\upbar{B}; I_{0})\rangle estrictas de respuesta de la tensión, periódicas de \Phi_{0}, de este tipo de dispositivos y, con ello, la causa de que con este tipo de dispositivos correspondientes al estado de la técnica no sea posible una medición absoluta del campo magnético. Frente a esto, los filtros superconductores de interferencias cuánticas según la invención no poseen ningún factor estructural periódico puesto que S_{N}(\vec{B}), según la ecuación 6, no puede presentar ninguna periodicidad para flujos \alpha_{n} magnéticos acumulados inconmensurables. Con ello, los filtros superconductores de interferencias cuánticas tampoco poseen ninguna función \langleV(\upbar{B}; I_{0})\rangle periódica de respuesta de tensión y, con ello, posibilitan la medición absoluta de los campos magnéticos.

Según la ecuación 3, para campos v_{j}(t) = v_{1}(t) externos estáticos o que varían lentamente en comparación con la frecuencia de red es válido para todos j = 1...N, es decir, v_{1}(t) define la tensión alterna que disminuye por el filtro superconductor de interferencias cuánticas. La frecuencia v de red está relacionada, mediante la ecuación de Einstein hv = 2e\langleV(\upbar{B}; I_{0})\rangle, con el valor medio temporal de esta tensión alterna, la función \langleV(\upbar{B}; I_{0})\rangle = \frac{1}{T} \int T_{o}v_{1}(t)dt de respuesta de la tensión, con lo que es válido T = \frac{1}{v}. Para las uniones Josephson típicas Nb|AlO_{x}|Nb, la frecuencia de red está en aproximadamente 100 GHz, de tal manera que la frecuencia v_{ext} del campo externo puede situarse en un intervalo entre v_{ext} = 0 hasta aproximadamente 20 GHz. Como magnitud de medida fácilmente accesible puede servir, como en el caso de los dispositivos SQUID convencionales, la tensión \langleV(\upbar{B}; I_{0})\rangle continua que disminuye por la red en el centro temporal. Para una mejor comprensión, en las ecuaciones 4 y 5 se desprecia la influencia de las inductancias y los campos propios originados por la corriente de excitación. Realmente, las inductancias y campos propios, con el diseño apropiado del filtro superconductor de interferencias cuánticas, pueden minimizarse de tal manera que la capacidad funcional del dispositivo no se vea perjudicada por estas influencias. En los otros ejemplos de realización se presentan dispositivos correspondientes.

Despreciar las capacidades c_{n} de derivación, lo que está justificado en una muy buena aproximación para las uniones Josephson típicas, posibilita una solución analítica para la función de respuesta de la tensión:

(8)\langle V(\upbar{B}; I_{0}) \rangle = i_{c}r_{n} \sqrt{\left(\frac{I_{0}}{Ni_{c}}\right)^{2} - | \ S_{N} \ (B) \ |^{2}}

Para todos los dispositivos SQUID correspondientes al actual estado de la técnica, esta función de respuesta de la tensión es periódica con el periodo \Phi_{0}, tal como se representa en la figura 4. Por el contrario, para los dispositivos SQIF según la invención, la función de respuesta de la tensión no es periódica. Esto se muestra en la figura 4c. La función de respuesta de la tensión del filtro superconductor de interferencias cuánticas posee, al igual que la función de respuesta de la tensión de los dispositivos SQUID convencionales, un valor mínimo para \Phi = 0. Sin embargo, en contraposición a los dispositivos SQUID convencionales, este valor mínimo no se repite en el caso de un campo externo creciente. Con ello, la respuesta de tensión para \Phi = 0 está caracterizada de forma inequívoca y posibilita, según el diseño, la medición cuantitativa absoluta del campo magnético externo directamente o con ayuda de un circuito de compensación adecuado. Puesto que el valor del factor S_{N} estructural en la ecuación 8 se reduce elevado al cuadrado, la función de respuesta de la tensión para los dispositivos según la invención sólo oscila muy ligeramente en la parte superior del gráfico, en el valor V_{máx}, y se produce una pendiente marcadamente pronunciada entre V_{\text{mín}} y V_{máx} (véase la figura
4c).

El factor S_{N}(\vec{B}) estructural del filtro superconductor de interferencias cuánticas puede optimizarse de tal manera que la función \langleV(\upbar{B}; I_{0})\rangle de respuesta de la tensión posea un intervalo de medición máximo de 0 < | \vec{B} | < |\vec{B} |_{S}. Este es el caso cuando se hace mínima la diferencia \DeltaV entre el valor mínimo local más pequeño de V y el valor V_{máx} máximo de tensión, para superficies \sum^{N-1}_{m=1} | \upbar{a}_{m} | globales dadas (véase también la figura 3) y número dado de uniones N de red en el intervalo operativo. Además, el intervalo operativo máximo de una red superconductora se determina mediante la máxima intensidad de campo de compensación que puede conseguirse.

Para redes planas, puede darse el caso de que se presente una variación I_{0} de longitud mínima posible de las vías conductoras ocasionada por el proceso de fabricación. Las áreas | \upbar{a}_{m} | de los anillos de red pueden definirse entonces por | \upbar{a}_{m} | = q_{m} I^{2}_{0}, con lo que los valores q_{m} son números enteros positivos. En el caso más desfavorable, dos elementos de superficie, condicionados por la fabricación, sólo deben diferenciarse en el valor de I^{2}_{0}. Esto conduce a que el factor S_{N}(\vec{B}) estructural y, con ello, la función \langleV(\upbar{B}; I_{0})\rangle de respuesta de la tensión del filtro superconductor de interferencias cuánticas, pueda variar periódicamente, considerado de forma meramente teórica. No obstante, el periodo que posiblemente se presenta es muy grande en relación con \Phi_{0}, y corresponde a \frac{\Phi_{0}}{CGT} \ A_{tot} donde GGT es el máximo común denominador de los valores | \upbar{a}_{m} | de los elementos de las superficies orientadas de una red plana, y A_{tot} designa la superficie total del SQIF, A_{tot} = \sum^{n-1}_{m=1} | \upbar{a}_{m} |. Un valor típico correspondiente al estado de la técnica para I_{o} es de aproximadamente cien nm (proceso Niob). La diferencia I^{2}_{0} mínima de las superficies se sitúa con ello en el orden de 10^{-2} \mum^{2} en el caso de una superficie supuesta de las celdas de la red del filtro superconductor de interferencias cuánticas de 10^{-2} mm^{2}. Entonces, si los valores q_{m} son primos entre sí, por ejemplo, porque se eligen demasiados números primos (diferentes), entonces se proporciona el periodo de la función de respuesta de tensión para \frac{0}{2} A_{tot}.Este periodo se sitúa, para superficies A_{tot} totales típicas de más de 1000 \mum^{2} de ancho, fuera del intervalo operativo o de medición práctico. Para un intervalo operativo dado en una aplicación determinada, con ello siempre existe un filtro superconductor de interferencias cuánticas con superficie, número de uniones y factor estructural correspondiente óptimos.

En la figura 5 se muestra otro ejemplo de realización de la invención. Las celdas de red se descomponen aquí en tres grupos, de tal manera que, a partir de los elementos | \upbar{a}_{m} | de las superficies orientadas puede formarse una base vectorial completa del espacio tridimensional. La realización de la invención, que en lo sucesivo se denomina SQIF vectorial, tiene la ventaja de que, mediante campos de compensación diseñados de forma correspondiente, los cuales, por ejemplo, generan en cada caso un campo secundario controlable paralelo a cada uno de los vectores de la base formados a partir de | \upbar{a}_{m} |, pueden determinarse de forma inequívoca y con una precisión muy alta tanto la intensidad como también la dirección del campo magnético primario a medir. Esto posibilita la reconstrucción cuantitativa inequívoca del vector \upbar{B}_{ext} de campo magnético primario según el valor, la dirección y la fase, y permite una pluralidad de aplicaciones novedosas. Únicamente con dos disposiciones de este tipo según la invención es posible, por ejemplo, localizar de forma exacta las fuentes de un campo magnético y determinar sus intensidades. A ello puede pertenecer el diseño inalámbrico de los campos de detección si las señales individuales de detección se componen de corrientes eléctricas temporales. También es posible la lectura o el tratamiento de memorias de datos electrónicas o magnéticas, sin contacto y prácticamente sin toma o descarga de potencia, por medio del SQIF, con una resolución temporal muy alta y, con ello, con una velocidad de tratamiento extremadamente rápida en el intervalo de GHz a THz. Otros ejemplos para la aplicación de este tipo de dispositivos SQIF vectoriales son la medición espacial y temporal con alta resolución de procesos de cambio de las sustancias, por ejemplo, en el cerebro humano, de señales de la resonancia magnética nuclear o de la distribución del campo magnético en la corteza terrestre, tal como, por ejemplo, en la exploración geológica. En la figura 5 se simbolizan con cruces las uniones Josephson, con el número de referencia 15 se designan resistencias en forma de barra de conexión. Las líneas gruesas de trazo continuo representan conexiones superconductoras. Las dos línea 16, 17 gruesas de trazo continuo delimitan además la parte de la red conectada de forma superconductora.

En un ejemplo de realización no mostrado, el SQIF vectorial está construido a partir de tres dispositivos SQIF planos individuales que pueden funcionar con independencia unos de otros, cuyas normales de las superficies forman una base vectorial del espacio tridimensional. Este dispositivo tiene la ventaja de que los dispositivos SQIF planos individuales pueden fabricarse sin problemas con los métodos estándar de la tecnología de capas delgadas correspondientes al actual estado de la técnica.

Aquí, la medición cuantitativa puede realizarse o bien por la compensación simultánea de los tres componentes del campo magnético externo, tal como en el ejemplo de realización de la última sección, o por la medición directa de la tensión que disminuye en cada SQIF individual. Para determinadas aplicaciones, el último método de medición es una ventaja adicional de este tipo de disposiciones puesto que entonces no es necesario ningún dispositivo de compensación.

En otros dos ejemplos de realización no mostrados, el SQIF vectorial está formado, de forma correspondiente a la última o penúltima sección, de tal manera que las normales de las superficies de los dispositivos SQIF individuales o los elementos \upbar{a}_{m} de las superficies orientadas están dispuestas de tal manera que a partir de ellas puede formarse una base vectorial completa de un espacio bidimensional secundario del espacio tridimensional. Esta realización puede ser ventajosa cuando el campo magnético sólo tenga que medirse en un plano, por ejemplo, cuando se trate de campos de detección planos o memorias.

En la figura 6 se muestra un ejemplo de realización de un SQIF plano en el que el campo magnético de compensación se genera por medio de dos líneas 18, 19 de control que se sitúan paralelos a la red y, con ello, perpendiculares a la dirección de la corriente de excitación. Si en una disposición de este tipo según la invención fluye una corriente I_{k1}, I_{k2} a través de uno o los dos conductos 18, 19 de control, entonces en las celdas del SQIF se acopla un flujo magnético de intensidad conocida que puede controlarse de forma muy precisa mediante esta corriente. Este flujo puede compensar el flujo ocasionado por un campo magnético externo de tal manera que la tensión que desciende por el SQIF sea mínima. Este denominado punto de trabajo se sitúa entonces siempre en un valor mínimo absoluto de la curva \langleV(\upbar{B}; I_{0})\rangle de calibración del SQIF. Por medio del valor de la corriente de compensación, dado que se conoce la separación entre la línea de control y la red, puede determinarse directamente la intensidad del campo magnético externo. También es posible la elección de otro punto de trabajo dentro del intervalo de medida del SQIF. Esta realización tiene la ventaja de que el intervalo operativo del SQIF, es decir, el intervalo de las intensidades del campo magnético que pueden medirse con el dispositivo, en principio sólo está limitado por arriba por intensidades de campo que destruyen la coherencia de fase entre las zonas superconductoras separadas por barreras de túnel. Otra ventaja es que en esta realización, los dispositivos SQIF también pueden ponerse en funcionamiento de forma operativa cuando el propio intervalo de medición, es decir, el intervalo en el que la función de respuesta de tensión es inequívoca, se hace muy pequeño. Esto puede presentarse cuando, por tolerancias condicionadas por la fabricación, se presentan valores mínimos secundarios de la función de respuesta de la tensión cuyos valores de tensión no se diferencian de forma muy intensa del valor de tensión del valor mínimo absoluto. Sin embargo, mientras el intervalo de medición sea mayor que el límite de resolución del SQIF, que normalmente se sitúa en algunos nV, el dispositivo según la invención se mantiene en una realización totalmente operativa con el circuito de compensación. También es ventajoso en una realización con conductos de control, que el circuito de compensación esté aplicado en chips y no requiera pasos de fabricación adicionales. De forma correspondiente al actual estado de la técnica, los conductos de control, en el caso de estructuras de capa delgada, se colocan en las capas que se disponen por encima o por debajo de los conductos de alimentación de la red. Asimismo, puede ser ventajosa la colocación de varios conductos de control, por ejemplo, cuando para mediciones de precisión debe superponerse un campo de compensación que varía con el tiempo a un campo de compensación estático.

Para los modos operativos en los que se emplean campos de compensación que varían en función del tiempo, los dispositivos SQIF según la invención deberían alcanzar su máxima sensibilidad. Además, en este tipo de modos no sólo es posible la determinación simultánea de la intensidad y la dirección del campo magnético a medir, sino también su posición de fase. Esto posibilita la reconstrucción completa de la señal medida que cambia en función del tiempo y, con ello, la elaboración de una copia idéntica de esta señal. La ventaja de los dispositivos consiste en que este tipo de copias puede intensificarse y transmitirse sin todas las pérdidas de información.

En la figura 6, las cruces simbolizan nuevamente las uniones Josephson. Con el número de referencia 20 se designan las resistencias en forma de barras de conexión mostradas de forma simbólica. La línea de puntos y rayas describe el límite de la parte necesariamente superconductora de la red.

En una realización no mostrada para mediciones de precisión, el circuito de compensación está colocado fuera del SQIF, y se compone de un par de bobinas que están orientadas de tal manera que el SQIF se dispone en un plano perpendicular al eje del par de bobinas, entre las dos bobinas. Este tipo de circuitos de compensación puede tener la ventaja de que el campo magnético de compensación presenta una homogeneidad muy alta en el lugar del SQIF y, con ello, posibilita mediciones extremadamente precisas. Asimismo, las realizaciones en las que se compensa localmente, es decir, a través de conductos de control y circuitos de compensación colocados por fuera del SQIF, pueden ser ventajosas para minimizar la influencia de perturbaciones, tales como ruido y fluctuaciones. Los dispositivos SQIF según la invención que disponen de circuitos de compensación, por ejemplo, en forma de conductos de control, también pueden emplearse como componentes lógicos (actores) para ordenadores ultrarrápidos de alta potencia. Los dispositivos SQIF con dos conductos de control locales pueden disponer de módulos lógicos O que sólo se conectan cuando a través de los dos conductos de control fluye una corriente paralela exactamente igual. A este respecto, los tiempos de conexión de este tipo de actores se sitúan en el intervalo de la frecuencia de la red, es decir, en el intervalo de GHz a THz. Además, una ventaja de este tipo de módulos lógicos también consiste en que actúan al mismo tiempo como amplificadores puesto que las corrientes de control muy pequeñas ya llevan a la máxima respuesta de tensión, la cual, para las uniones Josephson típicas hoy en día, es de varios cientos de \muV hasta mV.

Mediante un circuito en serie de dispositivos SQIF, tal como se muestra en la figura 7, que están acoplados entre sí mediante una línea 21 de control activo que a su vez contiene nuevamente uniones Josephson, puede multiplicarse la sensibilidad o el factor de amplificación de las disposiciones según la invención. Las cruces simbolizan uniones Josephson. Con el número de referencia 22 se designan resistencias en forma de barra de conexión representadas mediante símbolos. Las líneas gruesas de trazo continuo dentro de la red representan conexiones superconductoras y simbolizan la zona 23 superconductora que también contiene las uniones Josephson.

En este caso, la línea 21 de control activo ocasiona una sincronización de la matriz unidimensional de dispositivos SQIF también en el caso de factores estructurales que se desvían considerablemente de las diferentes secciones SQIF e inhomogeneidades de los parámetros. Si las tolerancias de fabricación son pequeñas, también puede renunciarse bajo ciertas circunstancias a la línea de control activo. La ventaja de este tipo de matrices de dispositivos SQIF, que también pueden estar diseñado de forma bidimensional, consiste en que el límite de resolución del dispositivo disminuye con el número de secciones 23 SQIF y el factor de amplificación aumenta con el número de secciones SQIF. En la zona de la medición del campo magnético debería poder alcanzarse con este tipo de disposiciones, por ejemplo en caso de una elección óptima del modo operativo, límites de resolución muchos órdenes de magnitud más bajos que en el caso de los sistemas SQUID convencionales. También pueden fabricarse sin problemas matrices SQIF con los procedimientos de fabricación correspondientes al estado de la técnica.

En la figura 8 se muestra un ejemplo de realización en el que están conectadas varias secciones 24 SQIF en una matriz SQIF estructurada jerárquicamente. Los elementos básicos de una matriz SQIF jerárquica de este tipo son aquí dispositivos 24 SQIF básicos idénticos con idéntico factor estructural. Estos dispositivos SQIF básicos están dispuestos a su vez, en un segundo nivel jerárquico, en forma de un SQIF 25 que sirve nuevamente como SQIF 25 básico para un tercer nivel jerárquico. También son posibles disposiciones con más de tres niveles jerárquicos (k = 1, 2, 3,...). La ventaja de este tipo de disposiciones consiste en que según las relaciones de los elementos de las superficies orientadas del SQIF básico y el o los dispositivos SQIF de niveles jerárquicos superiores, condicionados por los factores estructurales diferentes, en general, en los diferentes niveles, los patrones de interferencia que se generan en los diferente niveles interfieren a su vez en un patrón global, lo que permite una resolución extraordinariamente alta. Puesto que los elementos \upbar{a}_{m} de las superficies orientadas en los diferentes niveles jerárquicos pueden orientarse de forma diferente, el patrón de interferencias resultante es además extremadamente sensible en relación con la dirección del campo exterior. Según el actual estado de la técnica de fabricación, este tipo de sistemas SQIF diseñados en varias dimensiones no pueden realizarse sobre chips. Sin embargo, es posible fabricar los componentes planos individuales de un sistema SQIF de varias dimensiones con métodos habituales de la tecnología de capas delgadas y, luego conectar estos con pares de cables trenzados superconductores, de tal manera que se origine un sistema global del tipo descrito. Además, este tipo de cables superconductores de pares trenzados tiene la ventaja de que en él no se introduce ningún flujo efectivo. La conexión de diferentes partes de un sistema SQIF con este tipo de cables superconductores de pares trenzados no ejerce influencia sobre la capacidad funcional según la invención de todo el SQIF, puesto que en G1.6 el cable sólo se reduce como elemento de superficie orientada con superficie pequeña que se desvanece.

En la figura 9 se muestra un ejemplo de realización que muestra cómo pueden minimizarse los acoplamientos inductivos que actúan entre las diferentes celdas de la red. Este tipo de acoplamientos inductivos pueden reducir la sensibilidad del dispositivo cuando la red se compone de muchas celdas. Puesto que a través de cada unión fluye una corriente supercrítica, la distribución resultante de la corriente genera en este caso un campo propio que, en ciertas circunstancias, no puede despreciarse. Gracias a realizaciones según la invención, tales como las que se muestran, por ejemplo, en la figura 9, puede reducirse considerablemente la influencia de los campos propios. En las figuras 9a y 9b están realizadas las vías conductoras de las celdas 26, 27 de la red de tal manera que la corriente que fluye a través de una unión 28 de red sólo induce un flujo despreciable en la celda de red subsiguiente en cada caso, puesto que el campo magnético de una parte conductora corta atravesada por corriente está limitado fundamentalmente a una zona perpendicular a la parte conductora. Puesto que para \Phi = 0 cada unión es atravesada por una corriente de igual intensidad, para ese caso todas las inductancias y el valor mínimo global de la función de respuesta de la tensión se desvanecen de forma correspondiente a la ecuación 8. Para minimizar los campos propios de los conductos por los que se alimenta y sale la corriente, se alimenta y se vuelve a sacar la corriente I_{0} de excitación a través de las resistencias 29 de barra de conexión correspondientes al estado de la técnica, cuya separación respecto a la red puede elegirse suficientemente grande. En la figura 9 se muestra una alternativa de la realización que también minimiza las influencias inductivas contrapuestas.

En la figura 10a se muestra un ejemplo de realización en el que las diferentes celdas de red están conectadas en serie. Los elementos \upbar{a}_{m} de las superficies orientadas también están seleccionados aquí de tal manera que la función de respuesta de la tensión de la red no sea periódica o sólo posea un periodo muy grande en comparación con \Phi_{0}. En caso de una función de respuesta de tensión no periódica, el valor mínimo absoluto global de esta función de tensión se sitúa justo en \vec{B} = 0. En la figura 10b se muestra una función típica de respuesta de tensión de un circuito en serie para N = 100 celdas a_{1} hasta a_{100} de red y un periodo muy grande.

Este tipo de realizaciones tienen la ventaja de que ésta, condicionada por la conexión en serie, suma las funciones de respuesta de tensión de las celdas de red individuales. Con ello se origina un filtro de interferencias cuánticas con una gran amplitud de tensión que puede llegar hasta el orden de varios mV o incluso V. Además, en contraposición al circuito paralelo, no se produce, no obstante, ninguna reducción de la anchura de la función de respuesta de la tensión (varianza) en \vec{B} = 0, en comparación con los dispositivos SQUID convencionales de dos uniones. Sin embargo, puesto que la separación de los anillos de red contiguos en disposiciones en serie puede seleccionarse de cualquier manera sin perturbar la condición de interferencia cuántica, con este tipo de disposiciones pueden minimizarse las inductancias parásitas contrapuestas. Además, los circuitos en serie pueden tener ventajas técnicas durante la fabricación. En especial, es posible una densidad de empaquetamiento aumentada, lo que puede ser ventajoso al integrar los circuitos en un chip.

La descripción teórica de los dispositivos SQIF en serie puede realizarse con ayuda de la ecuación 8, puesto que un SQIF en serie representa la realización más sencilla de una matriz bidimensional de dispositivos SQIF. Para uniones de red idénticas, la tensión continua media que disminuye por una celda individual de la red para una corriente I_{0}>2i_{c} de excitación supercrítica viene dada por

(9)\langle V\rangle_{n} = i_{c}r_{n} \sqrt{\left(\frac{I_{0}}{2i_{c}} \right)^{2} - \left| cos\left(\pi\frac{\Phi_{n}}{\Phi_{0}} \right)\right|^{2}}

donde es válido \Phi_{n} = \langle\upbar{B}, \upbar{a}_{n}\rangle. La tensión <V> continua media que disminuye por toda la matriz en serie se obtiene a partir de ello para

(10)\langle V \rangle = \sum\limits^{N}_{n=1} \langle V \rangle_{n}

En realidad, condicionado por la disposición en serie de las celdas \upbar{a}_{n} de red, no puede definirse un factor estructural directamente como para la disposición en paralelo, sin embargo, mediante la elección correspondiente de la sucesión {\upbar{a}_{n}} también es posible aquí ajustar el desarrollo de la función de respuesta de la tensión y, en especial, del intervalo operativo o de medición.

En el ejemplo de realización de la figura 10, se han seleccionado, por ejemplo, los elementos \upbar{a}_{n} de las superficies orientadas en una disposición en serie plana de forma correspondiente a la relación aritmética

(11)a_{n}= \frac{n}{N} \ a_{N}

donde es válido a_{n} = | \upbar{a}_{n} | y a_{N} designa la máxima superficie del SQIF en serie con N celdas de red y 2N uniones. Una elección de este tipo tiene, por ejemplo, la ventaja de que el valor máximo de la función de respuesta de la tensión sigue directamente al valor mínimo (véase la figura 10b) y, de esta manera, la amplitud de la tensión se hace máxima.

En la figura 10a se muestra de forma esquemática, junto al SQIF en serie, un circuito de acoplamiento y control típico. En el caso de un diseño correspondiente, se genera, mediante la corriente I_{comp} de compensación, un campo magnético de compensación en el lugar de las celdas individuales de la red que compensa un campo externo y/o un campo que se genera a través de la corriente I_{inp}. Esto posibilita el funcionamiento extremadamente sensible del SQIF en el modo de balance cero. Además, la corriente I_{inp} es aproximadamente la corriente de entrada de un bucle de captación u otra fuente de señales.

Los dispositivos SQIF en serie también pueden ser de gran ventaja, puesto que el ruido propio del circuito, por ejemplo, al emplearlo como amplificador (de corriente), sólo aumenta de forma proporcional a \sqrt{N}, mientras que la amplitud de la tensión aumenta de forma proporcional a N. Por tanto, este es el caso por el que no está correlacionado (acoplamiento exclusivo de corriente) el ruido de la tensión de las diferentes celdas de la red, o de las uniones Josephson en estas celdas y, por tanto, sólo se superponen de forma incoherente. Con dispositivos SQIF en serie o matrices SQIF generales pueden realizarse, con ello, por ejemplo, intensificadores con extremadamente poco ruido. En la figura 10c se muestra una curva característica típica de la tensión de red de un módulo amplificador de este tipo que puede realizarse mediante un SQIF. Según el diseño del SQIF, pueden detectarse o intensificarse en este modo operativo también corrientes muy pequeñas (< 10^{-12} A). Otras ventajas de estos módulos amplificadores son sus tiempos de conexión muy rápidos y su capacidad de aplicación hasta frecuencias muy altas.

Las propiedades de periodicidad de esta función de respuesta de la tensión son una característica fundamental del filtro de interferencias cuánticas según la invención. El espectro de frecuencias de estas funciones de respuesta de la tensión de los dispositivos SQIF según la invención, en relación con el flujo magnético, se diferencia, por tanto, de forma inequívoca de los interferómetros SQUID convencionales correspondientes al estado de la técnica. Este comportamiento real se muestra en las figuras 11a a 11d mediante espectros de frecuencias típicos de dispositivos SQUID correspondientes al estado de la técnica (figuras 11a y 11b) y de los filtros de interferencias cuánticas según la invención (figuras 11c y 11d).

La figura 11a muestra en la imagen superior la función típica de respuesta de tensión de un SQUID convencional. La curva \langleV(\Phi)\rangle es periódica, con el periodo \Phi_{0}. El espectro de frecuencias correspondiente en la imagen inferior de la figura 11a muestra, de forma correspondiente, una amplitud dominante en anchura en 1\Phi_{0}.Puesto que la función de respuesta de la tensión de un SQUID no es armónica (véase la ecuación 8), se presentan adicionalmente modos armónicos todavía más altos en 2\Phi_{0} y 3\Phi_{0} que, sin embargo, sólo poseen una amplitud muy pequeña. El espectro de frecuencias de los dispositivos SQUID tradicionales está dominado, con ello, por el valor periódico \Phi_{0}. Tal como se muestra en la figura 11b, también es este el caso con disposiciones de múltiples anillos que están formadas por celdas de red idénticas y, concretamente, independientemente de si se trata de disposiciones en serie o disposiciones en paralelo de anillos SQUID idénticos. También en el caso de imperfecciones de los parámetros o imperfecciones geométricas, los interferómetros cuánticos correspondientes al estado de la técnica siempre muestran un espectro de frecuencias discreto que está dominado por el valor periódico \Phi_{0}. En el caso de imperfecciones, sólo puede presentarse adicionalmente un espectro continuo adicional que resulta de las imperfecciones y depende del tipo de imperfecciones.

Por el contrario, los filtros de interferencias cuánticas según la invención no poseen ningún valor periódico \Phi_{0} dominante en el espectro de frecuencias de sus funciones de respuesta de tensión. Este comportamiento real se muestra en las figuras 11c y 11d. Los espectros de frecuencias en las figuras 11a a 11c (imágenes inferiores) se aplican a las unidades aleatorias iguales en cada caso, de tal manera que es posible una comparación directa. En la figura 11 se muestra la respuesta de tensión y el espectro de frecuencias correspondiente de un filtro de interferencias cuánticas según la invención que no posee ninguna periodicidad. El espectro es prácticamente continuo, no existe un espectro discreto. En especial, no existe ningún valor periódico \Phi_{0} significativo. Las amplitudes del espectro prácticamente continuo son uno o dos órdenes de magnitud más pequeñas que en las disposiciones habituales según la figura 11a o la figura 11b. En la figura 11d se muestra la función de respuesta de la tensión y el espectro correspondiente de un filtro de interferencias cuánticas que posee una periodicidad condicionada técnicamente. La función de respuesta de la tensión tiene la propiedad de que su periodo es mucho mayor que \Phi_{0} y el espectro de frecuencias posee una parte discreta con un amplitud muy pequeña en el periodo \Phi_{0}. Esta amplitud en el periodo \Phi_{0} no es significativa y, en cualquier caso, no proporciona ningún valor dominante respecto al espectro de frecuencias. Además, el espectro discreto se caracteriza a su vez porque sus amplitudes son uno o dos órdenes de magnitud más pequeñas en comparación con las disposiciones habituales.

Los espectros de frecuencias de los filtros de interferencias cuánticas según la invención son resistentes, en relación con el valor periódico \Phi_{0} del espectro de frecuencias. Las imperfecciones de los parámetros o las imperfecciones geométricas no modifican las propiedades cualitativas anteriormente descritas de las disposiciones según la invención.

En la figura 13 se muestra de forma esquemática un ejemplo de realización de un SQIF 30 plano que está dotado de un bucle de captación superconductor (pick-up loop). Este tipo de bucles de captación intensifican el campo magnético primario, expulsando hacia fuera el flujo generado en su interior por este campo. Este tipo de dispositivos tienen la ventaja de que, por medio de una disposición adecuada, el campo magnético primario puede intensificarse intensamente en el lugar del SQIF. Otra ventaja de los dispositivos SQIF consiste en que toda la superficie de los dispositivos SQIF puede estar diseñada de tal manera que se minimice la inadaptación de impedancia entre el bucle de captación y el SQIF. La sensibilidad y la resolución de los dispositivos SQIF pueden aumentarse considerablemente mediante este tipo de dispositivos. En lugar de un bucle de captación también pueden emplearse superficies superconductoras (denominadas obleas) que también conducen a las ventajas citadas. También es posible el acoplamiento de un bucle de gradiómetro y esto conduce a las ventajas mencionadas durante la medición de los gradientes del campo magnético. En el caso de la detección de campos electromagnéticos que cambian en función del tiempo, son también ventajosos bucles de captación superconductores diseñados de manera apropiada, puesto que al mismo tiempo pueden servir como antenas de recepción.

Claims (11)

1. Dispositivo para la medición con alta resolución de campos magnéticos o para la determinación cuantitativa de alta precisión de la intensidad de la inducción magnética con una red (1, 2) de transiciones (3, 4) entre superconductores (5, 6) que presentan efectos Josephson, en lo sucesivo denominadas uniones, comprendiendo la red mallas (7, 7a hasta 13, 14a) cerradas, en lo sucesivo denominadas celdas, que presentan en cada caso como mínimo dos uniones (3, 4) que están conectadas de forma superconductora, e incluyendo la red al menos tres de estas celdas, cayendo por cada una de las al menos tres celdas, en caso de alimentación con una corriente supercrítica constante, una tensión dependiente del campo magnético, estando conectadas las al menos tres celdas de forma superconductora y/o no superconductora y las uniones (3, 4) de las como mínimo tres celdas están conectadas de forma galvánica a una fuente de corriente y/o tensión y pueden alimentarse con una corriente supercrítica, de tal manera que por la red disminuye una tensión dependiente del campo magnético, poseyendo dicha tensión, en el caso de una alimentación con una corriente supercrítica constante, una porción de tensión continua que no se desvanece, caracterizado porque las al menos tres celdas están configuradas, de modo intencionado, con una forma geométricamente diferente y están dispuestas de tal manera que los flujos magnéticos contenidos por las celdas, en el caso de que haya un campo magnético presente en el punto de la red, son diferentes e inconmensurables de forma intencionada y, por tanto, no poseen ningún máximo común denominador o, en caso de que exista un máximo común denominador, este máximo común denominador es, de forma intencionada, menor o, como máximo, igual al flujo magnético más pequeño contenido por una de las como mínimo tres celdas, y porque en el caso de que se alimente con una corriente supercrítica constante, si no existe ningún máximo común denominador, la porción de tensión continua de la tensión que cae por la red sólo es mínima cuando el valor del campo magnético presente es mínimo y, con ello, la porción de tensión continua no posee ningún periodo en relación con el flujo magnético o, en caso de que exista un máximo común denominador, el periodo de la porción de tensión continua es igual o mayor que la proporción multiplicada por el cuanto de flujo elemental de todo el flujo contenido por las al menos tres celdas para formar el máximo común denominador.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque cada una de las como mínimo tres celdas presenta una geometría plana, y porque las superficies de las al menos tres celdas atravesadas por el campo magnético, en caso de que haya un campo magnético presente en un punto de la red, son diferentes e inconmensurables y, con ello, no poseen ningún máximo común denominador, o porque, en caso de que exista un máximo común denominador, este máximo común denominador es menor o, como máximo, igual a la superficie de la celda más pequeña atravesada por el campo magnético.

3. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque varias celdas forman una red (1, 2) o una sección (24, 25) de red en la que todas las uniones están conectadas eléctricamente en paralelo, de tal manera que las uniones pueden conectarse de forma galvánica a una fuente de corriente y/o tensión y pueden alimentarse con corriente en la misma dirección.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque varias celdas o secciones de red, o como mínimo una celda y una sección de red, están conectadas eléctricamente en serie, de tal manera que las uniones de la red puedan conectarse de forma galvánica a una fuente de corriente y/o tensión y puedan alimentarse con corriente en la misma dirección.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque varias conexiones en serie de celdas y/o secciones de red están conectadas eléctricamente en paralelo con cables superconductores de pares trenzados y/u otras conexiones eléctricas, de tal manera que las uniones de la red pueden conectarse de forma galvánica a una fuente de corriente y/o tensión y pueden alimentarse con corriente en la misma dirección.

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las uniones (3, 4) están realizadas como uniones puntuales.

7. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la geometría de la disposición de celdas está realizada de tal manera que se reduce una diafonía magnética de una celda a la otra celda a causa del campo magnético autoconsistente originado por una corriente que fluye por las celdas.

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la red está dotada de una disposición superconductora de anillos y / o superficies que desplaza y/o intensifica el campo magnético, de tal manera que el flujo magnético generado por un campo magnético primario en estas zonas superconductoras se acopla en las celdas de la red.

9. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las celdas de la red y/o las secciones de la red están orientadas espacialmente de forma diferente, de tal manera que al menos dos de los tres componentes espaciales de un campo magnético primario pueden inducir un flujo magnético en la red.

10. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la corriente que alimenta las uniones se alimenta a la red y/o se descarga nuevamente de ésta mediante resistencias óhmicas, que está realizadas especialmente como resistencias en forma de barras de conexión.

11. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la red está equipada con un circuito de compensación para generar un campo magnético secundario, de tal manera que el flujo magnético generado por un campo magnético primario puede compensarse de forma controlada en una parte de las celdas de la red o todas las celdas de la red, o porque en la ubicación de cada una de las celdas de la red o una parte de las celdas de la red puede generarse un campo magnético controlable, estático o que cambia en función del tiempo.