JP2000091653A - 超伝導量子干渉素子 - Google Patents
超伝導量子干渉素子Info
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- JP2000091653A JP2000091653A JP10252973A JP25297398A JP2000091653A JP 2000091653 A JP2000091653 A JP 2000091653A JP 10252973 A JP10252973 A JP 10252973A JP 25297398 A JP25297398 A JP 25297398A JP 2000091653 A JP2000091653 A JP 2000091653A
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- magnetic field
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- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 9
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims 2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/035—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using superconductive devices
- G01R33/0354—SQUIDS
- G01R33/0358—SQUIDS coupling the flux to the SQUID
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 超伝導量子干渉素子を磁束計に用いる場合、
信号源からの磁場は検出コイルに鎖交されるが、ワッシ
ャーコイルにも同様に信号源からの磁場が鎖交する。こ
のため、検出コイルとワッシャーコイルに両方に鎖交し
た磁場の和が計測され、検出コイルで検出した磁場のみ
を高精度で測定することが困難である。 【解決手段】 検出コイル３を除く部分、特に、外部制
御系からの信号が送られる帰還−変調コイル４と磁気結
合されているワッシャ−コイル２の上層、もしくは、下
層に層間絶縁層を挟んでグランドプレ−ン層７を形成す
る。その結果、検出コイル以外の領域での外部磁場の結
合を防ぎ、検出コイル３へ鎖交した磁場を高精度で測定
できる。特に、検出コイルの検出面積が小さい場合に効
果があり、高空間分解能計測に適する。
信号源からの磁場は検出コイルに鎖交されるが、ワッシ
ャーコイルにも同様に信号源からの磁場が鎖交する。こ
のため、検出コイルとワッシャーコイルに両方に鎖交し
た磁場の和が計測され、検出コイルで検出した磁場のみ
を高精度で測定することが困難である。 【解決手段】 検出コイル３を除く部分、特に、外部制
御系からの信号が送られる帰還−変調コイル４と磁気結
合されているワッシャ−コイル２の上層、もしくは、下
層に層間絶縁層を挟んでグランドプレ−ン層７を形成す
る。その結果、検出コイル以外の領域での外部磁場の結
合を防ぎ、検出コイル３へ鎖交した磁場を高精度で測定
できる。特に、検出コイルの検出面積が小さい場合に効
果があり、高空間分解能計測に適する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は微小な磁場、電
流、電圧、電磁波などの計測に用いる超伝導量子干渉素
子に関し、特に、高感度、低雑音かつ高空間分解能計測
を可能にする超伝導量子干渉素子に関する。
流、電圧、電磁波などの計測に用いる超伝導量子干渉素
子に関し、特に、高感度、低雑音かつ高空間分解能計測
を可能にする超伝導量子干渉素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】図７に従来技術による超伝導量子干渉素
子（以下SQUIDと称する）の構成図を示す。ジョセフソ
ン接合１、ワッシャーコイル２、検出コイル３、帰還−
変調コイル４が基板５上に集積されている。図７に示す
SQUIDは、超伝導ル−プ中に２つのジョセフソン接合を
含むDC-SQUIDである。帰還−変調コイル４はワッシャ−
コイル２に磁気結合されている。外部磁場を検出する検
出コイル３とワッシャーコイル２と、その両端に接続さ
れた一対のジョセフソン接合１が超伝導ループを構成し
ている。
子（以下SQUIDと称する）の構成図を示す。ジョセフソ
ン接合１、ワッシャーコイル２、検出コイル３、帰還−
変調コイル４が基板５上に集積されている。図７に示す
SQUIDは、超伝導ル−プ中に２つのジョセフソン接合を
含むDC-SQUIDである。帰還−変調コイル４はワッシャ−
コイル２に磁気結合されている。外部磁場を検出する検
出コイル３とワッシャーコイル２と、その両端に接続さ
れた一対のジョセフソン接合１が超伝導ループを構成し
ている。
【０００３】SQUIDは外部制御系６に接続され、バイア
ス電流Ibが供給される。外部制御系６は、SQUIDの出力V
sに対応した制御信号Imを超伝導ル−プに帰還する。制
御信号Imは、ワッシャ−コイル２に磁気結合した帰還−
変調コイル４を通して、磁気信号として超伝導ル−プに
伝達される。そして、外部制御系６によって、検出コイ
ル３で検出した外部磁場に対応した出力電圧信号Voutが
得られる。
ス電流Ibが供給される。外部制御系６は、SQUIDの出力V
sに対応した制御信号Imを超伝導ル−プに帰還する。制
御信号Imは、ワッシャ−コイル２に磁気結合した帰還−
変調コイル４を通して、磁気信号として超伝導ル−プに
伝達される。そして、外部制御系６によって、検出コイ
ル３で検出した外部磁場に対応した出力電圧信号Voutが
得られる。
【０００４】高空間分解能を得るには、検出コイルを小
型化する必要がある。そのため、図７に示すように、微
小な検出コイル３を、ジョセフソン接合１やワッシャ−
コイル２とともに基板上に集積する。
型化する必要がある。そのため、図７に示すように、微
小な検出コイル３を、ジョセフソン接合１やワッシャ−
コイル２とともに基板上に集積する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来、高空間分解能計
測に用いられてきたSQUIDは、微小な検出コイルととも
に、ジョセフソン接合やワッシャ−コイルなどを同一基
板上に集積化していた。信号源から発生した信号は、検
出コイルによって検出される。一方、同様に、ワッシャ
−コイルにも信号源からの磁場が鎖交する。その場合、
検出コイルとワッシャ−コイルの両方に鎖交した磁場が
計測されることになる。その結果、本来測定したい検出
コイルのみに鎖交する磁場を高精度で測定することが困
難である。
測に用いられてきたSQUIDは、微小な検出コイルととも
に、ジョセフソン接合やワッシャ−コイルなどを同一基
板上に集積化していた。信号源から発生した信号は、検
出コイルによって検出される。一方、同様に、ワッシャ
−コイルにも信号源からの磁場が鎖交する。その場合、
検出コイルとワッシャ−コイルの両方に鎖交した磁場が
計測されることになる。その結果、本来測定したい検出
コイルのみに鎖交する磁場を高精度で測定することが困
難である。
【０００６】特に、検出面積の小さい検出コイルを用い
る場合、検出コイル以外の部分、特にワッシャ−コイル
に鎖交する磁場の影響を大きく受ける。
る場合、検出コイル以外の部分、特にワッシャ−コイル
に鎖交する磁場の影響を大きく受ける。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記の問題点を解決する
ために、本発明はワッシャーコイルを超伝導薄膜による
グランドプレーン上に形成することにより、信号源によ
る磁場の検出コイル以外の部分への鎖交を防ぐ。
ために、本発明はワッシャーコイルを超伝導薄膜による
グランドプレーン上に形成することにより、信号源によ
る磁場の検出コイル以外の部分への鎖交を防ぐ。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例について図
面を参照して説明する。図１に本発明の第２実施例を示
す超伝導量子干渉素子（以下SQUIDと称する）の構成図
を、図２にその等価回路図を示す。図１，図２に示すSQ
UIDは超伝導ル−プ中に２つのジョセフソン接合を含むD
C-SQUIDである。ジョセフソン接合１、ワッシャーコイ
ル２、検出コイル３、帰還−変調コイル４が基板５上に
集積されている。帰還−変調コイル４はワッシャ−コイ
ル２に磁気結合されている。磁場を検出する検出コイル
３とワッシャーコイル２と、その両端に接続された一対
のジョセフソン接合１が超伝導ループを構成している。
ワッシャ−コイル２は、グランドプレ−ン７上に形成さ
れている。検出コイルとワッシャ−コイルの接続部分で
ある検出コイル−ワッシャ−コイル接続線８はストリッ
プライン構造を持つ。図２には、グランドプレ−ン層を
記載していない。
面を参照して説明する。図１に本発明の第２実施例を示
す超伝導量子干渉素子（以下SQUIDと称する）の構成図
を、図２にその等価回路図を示す。図１，図２に示すSQ
UIDは超伝導ル−プ中に２つのジョセフソン接合を含むD
C-SQUIDである。ジョセフソン接合１、ワッシャーコイ
ル２、検出コイル３、帰還−変調コイル４が基板５上に
集積されている。帰還−変調コイル４はワッシャ−コイ
ル２に磁気結合されている。磁場を検出する検出コイル
３とワッシャーコイル２と、その両端に接続された一対
のジョセフソン接合１が超伝導ループを構成している。
ワッシャ−コイル２は、グランドプレ−ン７上に形成さ
れている。検出コイルとワッシャ−コイルの接続部分で
ある検出コイル−ワッシャ−コイル接続線８はストリッ
プライン構造を持つ。図２には、グランドプレ−ン層を
記載していない。
【０００９】本SQUIDは外部制御系６に接続され、バイ
アス電流Ibが供給される。外部制御系６は、SQUIDの出
力Vsに対応した制御信号Imを超伝導ル−プに帰還する。
制御信号Imは、ワッシャ−コイル２に磁気結合した帰還
−変調コイル４を通して、磁気信号として超伝導ル−プ
に伝達される。そして、外部制御系６によって、検出コ
イル３で検出した外部磁場に対応した出力電圧信号Vout
が得られる。
アス電流Ibが供給される。外部制御系６は、SQUIDの出
力Vsに対応した制御信号Imを超伝導ル−プに帰還する。
制御信号Imは、ワッシャ−コイル２に磁気結合した帰還
−変調コイル４を通して、磁気信号として超伝導ル−プ
に伝達される。そして、外部制御系６によって、検出コ
イル３で検出した外部磁場に対応した出力電圧信号Vout
が得られる。
【００１０】本実施例に示したSQUIDは、ワッシャ−コ
イル２をグランドプレ−ン上に形成しているため、外部
磁場はグランドプレ−ンを貫くことができない。その結
果、ワッシャ−コイル２への鎖交を防ぐことができる。
また、検出コイル−ワッシャ−コイル接続線８もストリ
ップライン構造を持つため、この部分での磁場の鎖交を
削減している。そのため、検出コイル３以外の領域での
磁場の結合がなく、検出コイル３へ鎖交した磁場のみを
測定でき、より精度の高い測定が可能となる。
イル２をグランドプレ−ン上に形成しているため、外部
磁場はグランドプレ−ンを貫くことができない。その結
果、ワッシャ−コイル２への鎖交を防ぐことができる。
また、検出コイル−ワッシャ−コイル接続線８もストリ
ップライン構造を持つため、この部分での磁場の鎖交を
削減している。そのため、検出コイル３以外の領域での
磁場の結合がなく、検出コイル３へ鎖交した磁場のみを
測定でき、より精度の高い測定が可能となる。
【００１１】高空間分解能化の手段として、検出コイル
３の小型化が行われる。出面積のが小さい検出コイルを
用いる場合に、特に効果がある。図３に本発明の第２実
施例を示す超伝導量子干渉素子の構成図を、図４にその
等価回路図を示す。本実施例のSQUIDは２つのワッシャ
−コイル２を互いに逆向きに直列接続されたダブルワッ
シャ−構造を持つDC-SQUIDである。この２つのワッシャ
−コイル２をグランドプレ−ン７上に形成している。ま
た、帰還−変調コイル４がそれぞれのワッシャ−２に磁
気結合されている。検出コイル３と２つのワッシャーコ
イル２、２つのジョセフソン接合１により超伝導ループ
を形成している。図4には、グランドプレ−ン層を記載
していない。
３の小型化が行われる。出面積のが小さい検出コイルを
用いる場合に、特に効果がある。図３に本発明の第２実
施例を示す超伝導量子干渉素子の構成図を、図４にその
等価回路図を示す。本実施例のSQUIDは２つのワッシャ
−コイル２を互いに逆向きに直列接続されたダブルワッ
シャ−構造を持つDC-SQUIDである。この２つのワッシャ
−コイル２をグランドプレ−ン７上に形成している。ま
た、帰還−変調コイル４がそれぞれのワッシャ−２に磁
気結合されている。検出コイル３と２つのワッシャーコ
イル２、２つのジョセフソン接合１により超伝導ループ
を形成している。図4には、グランドプレ−ン層を記載
していない。
【００１２】本実施例は、グランドプレ−ン上に形成し
たワッシャ−コイル２、ストリプライン構造のコイル−
ワッシャ−コイル接続線８の他、逆向きのダブルワッシ
ャ−構造をもつことにより、さらに効率良くワッシャ−
コイル２への鎖交磁場の排除が可能である。図５に本発
明の第３実施例を示す超伝導量子干渉素子の構成図を、
図６にその等価回路図を示す。ジョセフソン接合１、ワ
ッシャーコイル２、検出コイル３、帰還−変調コイル
４、入力コイル９が基板５上に集積されている。ワッシ
ャ−コイル２をグランドプレ−ン７上に形成している。
ワッシャーコイル２、ワッシャーコイル２の両端に接続
された一対のジョセフソン接合１により、第一の超伝導
ル−プを形成している。
たワッシャ−コイル２、ストリプライン構造のコイル−
ワッシャ−コイル接続線８の他、逆向きのダブルワッシ
ャ−構造をもつことにより、さらに効率良くワッシャ−
コイル２への鎖交磁場の排除が可能である。図５に本発
明の第３実施例を示す超伝導量子干渉素子の構成図を、
図６にその等価回路図を示す。ジョセフソン接合１、ワ
ッシャーコイル２、検出コイル３、帰還−変調コイル
４、入力コイル９が基板５上に集積されている。ワッシ
ャ−コイル２をグランドプレ−ン７上に形成している。
ワッシャーコイル２、ワッシャーコイル２の両端に接続
された一対のジョセフソン接合１により、第一の超伝導
ル−プを形成している。
【００１３】磁場を検出するための検出コイル３と入力
コイル９はストリップライン構造を持つコイル−ワッシ
ャ−コイル接続線８を介して接続され、第二の超伝導ル
−プを形成する。また、入力コイル３はワッシャ−コイ
ル２に磁気結合されている。検出コイル３で検出した磁
場は、入力コイル９を介して、第一の超伝導ル−プに伝
達される。図６には、グランドプレ−ン層を記載してい
ない。
コイル９はストリップライン構造を持つコイル−ワッシ
ャ−コイル接続線８を介して接続され、第二の超伝導ル
−プを形成する。また、入力コイル３はワッシャ−コイ
ル２に磁気結合されている。検出コイル３で検出した磁
場は、入力コイル９を介して、第一の超伝導ル−プに伝
達される。図６には、グランドプレ−ン層を記載してい
ない。
【００１４】本実施例に示したSQUIDは、同様に、グラ
ンドプレ−ン上に形成したワッシャ−コイル２、ストリ
ップライン構造のコイル−ワッシャ−コイル接続線８を
持つため、ワッシャ−コイル２への鎖交磁場の排除でき
る。そして、検出コイル３と入力コイル９で形成された
第二の超伝導ル−プにより、検出コイルの形状を自由に
選べる特徴を有する。１タ−ンコイル以外に、複雑な形
状の検出コイルに対応できる。例えば、微分型検出コイ
ルである。
ンドプレ−ン上に形成したワッシャ−コイル２、ストリ
ップライン構造のコイル−ワッシャ−コイル接続線８を
持つため、ワッシャ−コイル２への鎖交磁場の排除でき
る。そして、検出コイル３と入力コイル９で形成された
第二の超伝導ル−プにより、検出コイルの形状を自由に
選べる特徴を有する。１タ−ンコイル以外に、複雑な形
状の検出コイルに対応できる。例えば、微分型検出コイ
ルである。
【００１５】
【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載される効果を有する。外部制御系か
ら送られる信号を、帰還−変調コイルを通して超伝導ル
−プに伝達するために用いられるワッシャ−コイルをグ
ランドプレ−ン上に形成することにより、外部磁場のワ
ッシャ−コイルへの鎖交を防ぐことができる。そのた
め、検出コイル以外の領域での磁場の結合がなく、検出
コイルへ鎖交した磁場のみを測定できるため、より精度
の高い測定が可能となる。高空間分解能化の手段とし
て、検出コイルの小型化が行われるが、検出面積のが小
さい検出コイルに効果があり、高空間分解能計測に適す
る。
施され、以下に記載される効果を有する。外部制御系か
ら送られる信号を、帰還−変調コイルを通して超伝導ル
−プに伝達するために用いられるワッシャ−コイルをグ
ランドプレ−ン上に形成することにより、外部磁場のワ
ッシャ−コイルへの鎖交を防ぐことができる。そのた
め、検出コイル以外の領域での磁場の結合がなく、検出
コイルへ鎖交した磁場のみを測定できるため、より精度
の高い測定が可能となる。高空間分解能化の手段とし
て、検出コイルの小型化が行われるが、検出面積のが小
さい検出コイルに効果があり、高空間分解能計測に適す
る。
【図１】第１実施例を示す超伝導量子干渉素子の構成図
である。
である。
【図２】第１実施例を示す超伝導量子干渉素子の等価回
路図である。
路図である。
【図３】第２実施例を示す超伝導量子干渉素子の構成図
である。
である。
【図４】第２実施例を示す超伝導量子干渉素子の等価回
路図である。
路図である。
【図５】第３実施例を示す超伝導量子干渉素子の構成図
である。
である。
【図６】第３実施例を示す超伝導量子干渉素子の等価回
路図である。
路図である。
【図７】従来技術による超伝導量子干渉素子の構成図で
ある。
ある。
１ ジョセフソン接合 ２ ワッシャーコイル ３ 検出コイル ４ 帰還−変調コイル ５ 基板 ６ 基板外部制御系 ７ グランドプレ−ン層 ８ 検出コイル−ワッシャ−コイル接続線 ９ 入力コイル １０ パッド
Claims (2)
- 【請求項１】 ジョセフソン接合を含む超伝導ル−プに
入る磁束によって周期的に変化する電圧信号を発生する
超伝導量子干渉素子であり、超伝導ル−プを構成するジ
ョセフソン接合と、 ワッシャ−コイルと、 検出コイルと、 さらに、前記ワッシャ−コイルに磁気結合された帰還−
変調コイルを備え、 外部制御系によって駆動される際、前記検出コイルは外
部磁場を検出する機能を、また、前記帰還−変調コイル
は前記外部制御系から送られる信号を前記超伝導ル−プ
に伝達する機能を有し、基板上に超伝導薄膜を用いて作
製された超伝導量子干渉素子において、 前記ワッシャーコイルの上層、もしくは、下層に層間絶
縁層を挟んでグランドプレ−ン層を形成することを特徴
とする超伝導量子干渉素子。 - 【請求項２】 ジョセフソン接合を含む超伝導ル−プに
入る磁束によって周期的に変化する電圧信号を発生する
超伝導量子干渉素子であり、第一の超伝導ル−プを構成
するジョセフソン接合と、ワッシャ−コイルと、検出コ
イルと、 前記ワッシャ−コイルに磁気結合された帰還−変調コイ
ルと入力コイルを備え、 外部制御系によって駆動される際、前記検出コイルは外
部磁場を検出する機能を、また、前記帰還−変調コイル
は外部制御系から送られる信号を前記超伝導ル−プに伝
達する機能を、さらに、前記入力コイルは前記検出コイ
ルと第二の超伝導ル−プを構成し、前記検出コイルで検
出した外部磁場を前記第一の超伝導ル−プに伝達する機
能を有し、基板上に超伝導薄膜を用いて作製された超伝
導量子干渉素子において、 前記ワッシャーコイルの上層、もしくは、下層に層間絶
縁層を挟んでグランドプレ−ン層を形成することを特徴
とする超伝導量子干渉素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10252973A JP2000091653A (ja) | 1998-09-07 | 1998-09-07 | 超伝導量子干渉素子 |
| US09/389,254 US6323645B1 (en) | 1998-09-07 | 1999-09-03 | Superconducting quantum interference device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10252973A JP2000091653A (ja) | 1998-09-07 | 1998-09-07 | 超伝導量子干渉素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000091653A true JP2000091653A (ja) | 2000-03-31 |
Family
ID=17244737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10252973A Pending JP2000091653A (ja) | 1998-09-07 | 1998-09-07 | 超伝導量子干渉素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6323645B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000091653A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002094132A (ja) * | 2000-09-13 | 2002-03-29 | Seiko Instruments Inc | 超伝導量子干渉素子 |
| JP2005503564A (ja) * | 2001-09-14 | 2005-02-03 | ユニヴァーシティー オブ メリーランド， カレッジ パーク | 改善された空間解像度を有する走査型ｓｑｕｉｄ顕微鏡 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1590866B1 (en) * | 2003-01-27 | 2007-01-17 | Bar Ilan University | Fault current limiters (fcl) with the cores saturated by superconducting coils |
| DE10352856B4 (de) * | 2003-11-10 | 2005-11-17 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Anordnung zur Ankopplung eines rf-SQUID an einen Tankschwingkreis sowie Verwendung der Anordnung |
| US8571614B1 (en) | 2009-10-12 | 2013-10-29 | Hypres, Inc. | Low-power biasing networks for superconducting integrated circuits |
| US10222416B1 (en) | 2015-04-14 | 2019-03-05 | Hypres, Inc. | System and method for array diagnostics in superconducting integrated circuit |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4489274A (en) * | 1980-12-10 | 1984-12-18 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Rotating SQUID magnetometers and gradiometers |
| JP2893714B2 (ja) * | 1989-05-25 | 1999-05-24 | 株式会社日立製作所 | 薄膜型ｓｑｕｉｄ磁束計およびこれを用いた生体磁気計測装置 |
| US5173660A (en) * | 1990-12-26 | 1992-12-22 | Biomagnetic Technologies, Inc. | Packaged squid system with integral superconducting shielding layer |
| US5293119A (en) * | 1992-02-20 | 1994-03-08 | Sqm Technology, Inc. | Electromagnetic microscope for evaluation of electrically conductive and magnetic materials |
| JP2964112B2 (ja) * | 1992-08-11 | 1999-10-18 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 直流駆動型超伝導量子干渉素子 |
-
1998
- 1998-09-07 JP JP10252973A patent/JP2000091653A/ja active Pending
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1999
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| Publication number | Publication date |
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