JP3133013B2 - 超伝導量子干渉素子およびそれを用いた非破壊検査装置 - Google Patents
超伝導量子干渉素子およびそれを用いた非破壊検査装置Info
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
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- G01R33/035—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using superconductive devices
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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、電磁波などを検出する超伝導量子干渉素子
（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ＱＵａｎｔｕｍ
Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉｃｅ：以下ＳＱＵ
ＩＤと略す）に関し、特に、高空間分解能を有するＳＱ
ＵＩＤ磁束計の検出コイルの構造に関する。
流、電圧、電磁波などを検出する超伝導量子干渉素子
（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ＱＵａｎｔｕｍ
Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉｃｅ：以下ＳＱＵ
ＩＤと略す）に関し、特に、高空間分解能を有するＳＱ
ＵＩＤ磁束計の検出コイルの構造に関する。
【０００２】
【従来技術】図９は従来技術によるＳＱＵＩＤの構成図
である。基板６上に、ジョセフソン接合１とワッシャー
コイル２と検出コイル３からなる超伝導リングを形成し
ている。図９において、ジョセフソソン接合１は簡易的
に記号で表している。ワッシャーコイル２には、ＳＱＵ
ＩＤをＦＬＬ駆動するための帰還変調コイル４が磁気結
合されている。検出コイルで検出される磁束は、直接超
伝導リングに結合される。このＳＱＵＩＤは、ジョセフ
ソン接合１をはじめ、検出コイル３など、構成する全て
の要素が基板６上に超伝導薄膜で形成される集積型ＳＱ
ＵＩＤである。ＳＱＵＩＤを構成する超伝導薄膜はＮｂ
薄膜であり、ジョセフソン接合にはＮｂ／Ａｌ−ＡｌＯ
ｘ／Ｎｂトンネル接合が使用される。
である。基板６上に、ジョセフソン接合１とワッシャー
コイル２と検出コイル３からなる超伝導リングを形成し
ている。図９において、ジョセフソソン接合１は簡易的
に記号で表している。ワッシャーコイル２には、ＳＱＵ
ＩＤをＦＬＬ駆動するための帰還変調コイル４が磁気結
合されている。検出コイルで検出される磁束は、直接超
伝導リングに結合される。このＳＱＵＩＤは、ジョセフ
ソン接合１をはじめ、検出コイル３など、構成する全て
の要素が基板６上に超伝導薄膜で形成される集積型ＳＱ
ＵＩＤである。ＳＱＵＩＤを構成する超伝導薄膜はＮｂ
薄膜であり、ジョセフソン接合にはＮｂ／Ａｌ−ＡｌＯ
ｘ／Ｎｂトンネル接合が使用される。
【０００３】図１０は、図９のＳＱＵＩＤを用いて構成
された走査型ＳＱＵＩＤ顕微鏡である。試料１２は試料
ホルダー１３上に取り付けられる。ＳＱＵＩＤ１０はＳ
ＱＵＩＤホルダー１４にマウントされ、ＸＹＺ走査制御
装置１５により試料１２表面を走査する。ＳＱＵＩＤ１
０、試料１２、試料ホルダー１３、ＳＱＵＩＤホルダー
１４はクライオスタット１１内の真空層１７に納められ
ている。真空層１７内は、冷媒である液体ヘリウム１６
によって冷却されている。
された走査型ＳＱＵＩＤ顕微鏡である。試料１２は試料
ホルダー１３上に取り付けられる。ＳＱＵＩＤ１０はＳ
ＱＵＩＤホルダー１４にマウントされ、ＸＹＺ走査制御
装置１５により試料１２表面を走査する。ＳＱＵＩＤ１
０、試料１２、試料ホルダー１３、ＳＱＵＩＤホルダー
１４はクライオスタット１１内の真空層１７に納められ
ている。真空層１７内は、冷媒である液体ヘリウム１６
によって冷却されている。
【０００４】走査型ＳＱＵＩＤ顕微鏡は、試料表面のミ
クロの領域における磁場分布を測定する。ＳＱＵＩＤ顕
微鏡の空間分解能を向上させるため、検出コイル３を小
型化する必要がある。そこで、ＳＱＵＩＤ１０は、検出
コイルを一体化させたコンパクトな構造をもち、超伝導
薄膜によって集積化することで実現される。さらに、検
出コイル３と試料１２を近接させることも必要となる。
クロの領域における磁場分布を測定する。ＳＱＵＩＤ顕
微鏡の空間分解能を向上させるため、検出コイル３を小
型化する必要がある。そこで、ＳＱＵＩＤ１０は、検出
コイルを一体化させたコンパクトな構造をもち、超伝導
薄膜によって集積化することで実現される。さらに、検
出コイル３と試料１２を近接させることも必要となる。
【０００５】ＳＱＵＩＤ顕微鏡において、試料の温度を
可変にすることが要求される。例えば、試料の温度を、
ＳＱＵＩＤを構成している超伝導体の臨界温度より高い
温度にし、測定することもある。しかし、従来のＳＱＵ
ＩＤでは、試料１２に近接して配置されている検出コイ
ル３付近の温度が検出コイルの臨界温度を越えてしま
う。この場合、検出コイルは超伝導状態を維持すること
ができず、磁束を検出することができなくなる。
可変にすることが要求される。例えば、試料の温度を、
ＳＱＵＩＤを構成している超伝導体の臨界温度より高い
温度にし、測定することもある。しかし、従来のＳＱＵ
ＩＤでは、試料１２に近接して配置されている検出コイ
ル３付近の温度が検出コイルの臨界温度を越えてしま
う。この場合、検出コイルは超伝導状態を維持すること
ができず、磁束を検出することができなくなる。
【０００６】このように、ＳＱＵＩＤ顕微鏡の空間分解
能を向上させつつ、試料の温度を可変にすることは困難
を要する。
能を向上させつつ、試料の温度を可変にすることは困難
を要する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来技術によるＳＱＵ
ＩＤはジョセフソン接合部と検出コイルを同じ超伝導薄
膜で構成しているため、ジョセフソン接合部の臨界温度
と検出コイルの臨界温度が等しくなっている。このＳＱ
ＵＩＤを用いてＳＱＵＩＤ顕微鏡を構成し、試料の温度
をＳＱＵＩＤの臨界温度より高い状態で計測する場合、
試料に近接配置されている検出コイル付近の温度がその
臨界温度を越えてしまうことがある。このとき、検出コ
イルは超伝導状態を維持することができず、磁束を検出
することができなくなる。
ＩＤはジョセフソン接合部と検出コイルを同じ超伝導薄
膜で構成しているため、ジョセフソン接合部の臨界温度
と検出コイルの臨界温度が等しくなっている。このＳＱ
ＵＩＤを用いてＳＱＵＩＤ顕微鏡を構成し、試料の温度
をＳＱＵＩＤの臨界温度より高い状態で計測する場合、
試料に近接配置されている検出コイル付近の温度がその
臨界温度を越えてしまうことがある。このとき、検出コ
イルは超伝導状態を維持することができず、磁束を検出
することができなくなる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明は、ＳＱＵＩＤの検出コイルを、ジョセ
フソン接合を構成する超伝導薄膜材料の臨界温度より高
い臨界温度を持つ超伝導薄膜材料で形成することとして
いる。そして、このような高い臨界温度を持つ検出コイ
ルからなるＳＱＵＩＤを用いて、ＳＱＵＩＤ顕微鏡を構
成する場合、試料温度がジョセフソン接合部の臨界温度
より高い状態であっても、検出コイルを試料に近接して
測定を行うことができる。
ために、本発明は、ＳＱＵＩＤの検出コイルを、ジョセ
フソン接合を構成する超伝導薄膜材料の臨界温度より高
い臨界温度を持つ超伝導薄膜材料で形成することとして
いる。そして、このような高い臨界温度を持つ検出コイ
ルからなるＳＱＵＩＤを用いて、ＳＱＵＩＤ顕微鏡を構
成する場合、試料温度がジョセフソン接合部の臨界温度
より高い状態であっても、検出コイルを試料に近接して
測定を行うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明は、基板上に超伝導薄膜で
形成した、検出コイルを一体化した集積型ＳＱＵＩＤの
検出コイルを、ジョセフソン接合を構成する超伝導薄膜
材料の臨界温度より高い臨界温度を持つ超伝導薄膜材料
で構成したものである。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。
形成した、検出コイルを一体化した集積型ＳＱＵＩＤの
検出コイルを、ジョセフソン接合を構成する超伝導薄膜
材料の臨界温度より高い臨界温度を持つ超伝導薄膜材料
で構成したものである。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。
【００１０】図１は本発明の第１実施例を示すＳＱＵＩ
Ｄの構成図である。基板６上に超伝導薄膜で、２つのジ
ョセフソン接合１とワッシャーコイル２と検出コイル３
からなる超伝導リングを形成している。この構造は、超
伝導リングの一部を検出コイルとして使用する直接結合
方式と呼ばれる。ジョセフソン接合１は簡易的に記号で
表している。また、ＳＱＵＩＤをＦＬＬ駆動するための
帰還変調コイル４がワッシャーコイルに磁気結合されて
いる。ＳＱＵＩＤを構成する全ての要素を、超伝導薄膜
で基板６上に集積形成することで、ＳＱＵＩＤを小型化
し、高い空間分解能をもつ構造にしている。 検出コイ
ル３は、ジョセフソン接合部分を形成する超伝導薄膜材
料の臨界温度より高い臨界温度をもつ超伝導薄膜材料で
形成され、超伝導接続部８でワッシャーコイルと接続さ
れている。例えば、ジョセフソン接合１にはＮｂ／Ａｌ
−ＡｌＯｘ／Ｎｂのトンネル接合を用いた場合、検出コ
イル３にはＮｂＮや高温超伝導材料であるＹＢＣＯとい
った臨界温度の高い超伝導薄膜を採用する。
Ｄの構成図である。基板６上に超伝導薄膜で、２つのジ
ョセフソン接合１とワッシャーコイル２と検出コイル３
からなる超伝導リングを形成している。この構造は、超
伝導リングの一部を検出コイルとして使用する直接結合
方式と呼ばれる。ジョセフソン接合１は簡易的に記号で
表している。また、ＳＱＵＩＤをＦＬＬ駆動するための
帰還変調コイル４がワッシャーコイルに磁気結合されて
いる。ＳＱＵＩＤを構成する全ての要素を、超伝導薄膜
で基板６上に集積形成することで、ＳＱＵＩＤを小型化
し、高い空間分解能をもつ構造にしている。 検出コイ
ル３は、ジョセフソン接合部分を形成する超伝導薄膜材
料の臨界温度より高い臨界温度をもつ超伝導薄膜材料で
形成され、超伝導接続部８でワッシャーコイルと接続さ
れている。例えば、ジョセフソン接合１にはＮｂ／Ａｌ
−ＡｌＯｘ／Ｎｂのトンネル接合を用いた場合、検出コ
イル３にはＮｂＮや高温超伝導材料であるＹＢＣＯとい
った臨界温度の高い超伝導薄膜を採用する。
【００１１】図２に本発明のＳＱＵＩＤを用いて構成し
たＳＱＵＩＤ顕微鏡の構成図を示す。試料１２は試料ホ
ルダー１３上に取り付けられる。ＳＱＵＩＤ１０はＳＱ
ＵＩＤホルダー１４にマウントされ、ＸＹＺ走査制御装
置１５により試料１２表面を走査する。ＳＱＵＩＤ１
０、試料１２、試料ホルダー１３、ＳＱＵＩＤホルダー
１４はクライオスタット１１内の真空層１７に納められ
ている。真空層１７内は、冷媒である液体ヘリウム１６
によって冷却される。試料１２は温度制御装置１８で、
温度の可変が可能である。ＳＱＵＩＤ１０はジョセフソ
ン接合部と検出コイルとの間で温度勾配が得られるよう
に、傾けて設置されている。さらに、ＳＱＵＩＤ１０
は、試料１２に対し、検出コイル３が近く、ジョセフソ
ン接合部が遠くなるように設置される。
たＳＱＵＩＤ顕微鏡の構成図を示す。試料１２は試料ホ
ルダー１３上に取り付けられる。ＳＱＵＩＤ１０はＳＱ
ＵＩＤホルダー１４にマウントされ、ＸＹＺ走査制御装
置１５により試料１２表面を走査する。ＳＱＵＩＤ１
０、試料１２、試料ホルダー１３、ＳＱＵＩＤホルダー
１４はクライオスタット１１内の真空層１７に納められ
ている。真空層１７内は、冷媒である液体ヘリウム１６
によって冷却される。試料１２は温度制御装置１８で、
温度の可変が可能である。ＳＱＵＩＤ１０はジョセフソ
ン接合部と検出コイルとの間で温度勾配が得られるよう
に、傾けて設置されている。さらに、ＳＱＵＩＤ１０
は、試料１２に対し、検出コイル３が近く、ジョセフソ
ン接合部が遠くなるように設置される。
【００１２】この構成において、ジョセフソン接合部の
温度がその臨界温度より低く、試料の温度がジョセフソ
ン接合部の臨界温度より高いという温度勾配をもつ状態
で、磁束の測定が可能となる。この際、試料と検出コイ
ルを近接させても、検出コイルの臨界温度が高いため、
ＳＱＵＩＤ全体を超伝導状態に維持することが可能とな
る。
温度がその臨界温度より低く、試料の温度がジョセフソ
ン接合部の臨界温度より高いという温度勾配をもつ状態
で、磁束の測定が可能となる。この際、試料と検出コイ
ルを近接させても、検出コイルの臨界温度が高いため、
ＳＱＵＩＤ全体を超伝導状態に維持することが可能とな
る。
【００１３】本実施例において、ジョセフソン接合材料
としてＮｂを例にとったが、ＮｂＮ、ＰｂやＹＢＣＯな
どのＳＱＵＩＤを構成できる超伝導薄膜材料あれば、ど
んなものでも良く、検出コイルの材料をジョセフソン接
合の臨界温度より高いものにすることで、同様の効果を
得ることができる。また、冷媒についても、ジョセフソ
ン接合の臨界温度に対応できる冷媒であれば、液体窒素
など、どんなものでも良い。さらに、冷凍器を使用する
こともできる。
としてＮｂを例にとったが、ＮｂＮ、ＰｂやＹＢＣＯな
どのＳＱＵＩＤを構成できる超伝導薄膜材料あれば、ど
んなものでも良く、検出コイルの材料をジョセフソン接
合の臨界温度より高いものにすることで、同様の効果を
得ることができる。また、冷媒についても、ジョセフソ
ン接合の臨界温度に対応できる冷媒であれば、液体窒素
など、どんなものでも良い。さらに、冷凍器を使用する
こともできる。
【００１４】図３は、本発明の第２実施例を示すＳＱＵ
ＩＤの構成図である。基板６上に超伝導薄膜で、２つの
ジョセフソン接合１とワッシャーコイル２を形成してい
る。また、帰還変調コイル４がワッシャーコイルに磁気
結合されている。検出コイル３は、ジョセフソン接合１
とは異なる検出コイル基板７に形成されている。また、
検出コイル３は、ジョセフソン接合部分を形成する超伝
導薄膜材料の臨界温度より高い臨界温度をもつ超伝導薄
膜材料で形成される。基板６と検出コイル基板７を張り
合わせ、超伝導接続部８を超伝導バンプなどを用いて圧
着することにより、検出コイル３とワッシャーコイル２
を超伝導接続し、超伝導リングを構成する。
ＩＤの構成図である。基板６上に超伝導薄膜で、２つの
ジョセフソン接合１とワッシャーコイル２を形成してい
る。また、帰還変調コイル４がワッシャーコイルに磁気
結合されている。検出コイル３は、ジョセフソン接合１
とは異なる検出コイル基板７に形成されている。また、
検出コイル３は、ジョセフソン接合部分を形成する超伝
導薄膜材料の臨界温度より高い臨界温度をもつ超伝導薄
膜材料で形成される。基板６と検出コイル基板７を張り
合わせ、超伝導接続部８を超伝導バンプなどを用いて圧
着することにより、検出コイル３とワッシャーコイル２
を超伝導接続し、超伝導リングを構成する。
【００１５】本実施例のＳＱＵＩＤは、種々の大きさや
機能を持つ検出コイルの採用、また、測定中の試料温度
に応じた検出コイルの採用など、その用途に適した検出
コイルを選択できるという利点を持つ。また、本実施例
では基板６と検出コイル基板７を圧着により接続してい
るが、ＰｎＩｎＡｕなどからなる超伝導ワイヤーでボン
ディング接続することも可能である。
機能を持つ検出コイルの採用、また、測定中の試料温度
に応じた検出コイルの採用など、その用途に適した検出
コイルを選択できるという利点を持つ。また、本実施例
では基板６と検出コイル基板７を圧着により接続してい
るが、ＰｎＩｎＡｕなどからなる超伝導ワイヤーでボン
ディング接続することも可能である。
【００１６】図４は、本発明の第３実施例を示すＳＱＵ
ＩＤの構成図である。基板６上に超伝導薄膜で、２つの
ジョセフソン接合１とワッシャーコイル２からなる超伝
導リングを形成している。また、帰還変調コイル４と、
検出コイルで検出した磁束をワッシャーコイル２に伝達
するための入力コイル５が設けられ、それぞれワッシャ
ーコイル２に磁気結合されている。検出コイル３は、ジ
ョセフソン接合部分を形成する超伝導薄膜材料の臨界温
度より高い臨界温度をもつ超伝導薄膜材料で形成され、
超伝導接続部８で入力コイル５と接続されている。
ＩＤの構成図である。基板６上に超伝導薄膜で、２つの
ジョセフソン接合１とワッシャーコイル２からなる超伝
導リングを形成している。また、帰還変調コイル４と、
検出コイルで検出した磁束をワッシャーコイル２に伝達
するための入力コイル５が設けられ、それぞれワッシャ
ーコイル２に磁気結合されている。検出コイル３は、ジ
ョセフソン接合部分を形成する超伝導薄膜材料の臨界温
度より高い臨界温度をもつ超伝導薄膜材料で形成され、
超伝導接続部８で入力コイル５と接続されている。
【００１７】図５は、本発明の第４実施例を示すＳＱＵ
ＩＤの構成図である。第３実施例に示したＳＱＵＩＤに
おいて、検出コイル３をジョセフソン接合部と異なる検
出コイル基板７上に形成し、両者を張り合わせ、入力コ
イル５と超伝導接続する。本実施例も、第２実施例同
様、その用途に適した検出コイルを選択できるという利
点を持つ。
ＩＤの構成図である。第３実施例に示したＳＱＵＩＤに
おいて、検出コイル３をジョセフソン接合部と異なる検
出コイル基板７上に形成し、両者を張り合わせ、入力コ
イル５と超伝導接続する。本実施例も、第２実施例同
様、その用途に適した検出コイルを選択できるという利
点を持つ。
【００１８】図６は、本発明の第５実施例を示すＳＱＵ
ＩＤの構成図である。第３実施例に示したＳＱＵＩＤに
おいて、検出コイル３と入力コイル５からなる超伝導ル
ープ全体が、ジョセフソン接合部分を形成する超伝導薄
膜材料の臨界温度より高い臨界温度をもつ超伝導薄膜材
料で形成されている。本実施例は、検出コイルと入力コ
イルの超伝導接続を必要としないため、作製が容易とな
る。
ＩＤの構成図である。第３実施例に示したＳＱＵＩＤに
おいて、検出コイル３と入力コイル５からなる超伝導ル
ープ全体が、ジョセフソン接合部分を形成する超伝導薄
膜材料の臨界温度より高い臨界温度をもつ超伝導薄膜材
料で形成されている。本実施例は、検出コイルと入力コ
イルの超伝導接続を必要としないため、作製が容易とな
る。
【００１９】図７は、本発明の第６実施例を示すＳＱＵ
ＩＤの構成図である。基板６上に超伝導薄膜で、２つの
ジョセフソン接合１とワッシャーコイル２からなる超伝
導リングを形成している。また、帰還変調コイル４がワ
ッシャーコイル２に磁気結合されている。検出コイル３
と入力コイル５からなる超伝導ループが、ジョセフソン
接合部と異なる検出コイル基板７上に、ジョセフソン接
合部分を形成する超伝導薄膜材料の臨界温度より高い臨
界温度をもつ超伝導薄膜材料で形成される。基板６と検
出コイル基板７は、入力コイル７とワッシャーコイル２
が磁気結合するように張り合わされる。本実施例は、異
なる超伝導材料を別々の基板に形成でき、さらに、超伝
導接続を必要としないため、超伝導接続が難しい、Ｎｂ
系超伝導体からなるＳＱＵＩＤと高温超伝導体からなる
検出コイルの組み合わせを容易にする。
ＩＤの構成図である。基板６上に超伝導薄膜で、２つの
ジョセフソン接合１とワッシャーコイル２からなる超伝
導リングを形成している。また、帰還変調コイル４がワ
ッシャーコイル２に磁気結合されている。検出コイル３
と入力コイル５からなる超伝導ループが、ジョセフソン
接合部と異なる検出コイル基板７上に、ジョセフソン接
合部分を形成する超伝導薄膜材料の臨界温度より高い臨
界温度をもつ超伝導薄膜材料で形成される。基板６と検
出コイル基板７は、入力コイル７とワッシャーコイル２
が磁気結合するように張り合わされる。本実施例は、異
なる超伝導材料を別々の基板に形成でき、さらに、超伝
導接続を必要としないため、超伝導接続が難しい、Ｎｂ
系超伝導体からなるＳＱＵＩＤと高温超伝導体からなる
検出コイルの組み合わせを容易にする。
【００２０】図８に本実施例の第７実施例を示すＳＱＵ
ＩＤの構成図を示す。検出コイル３を持つＳＱＵＩＤを
形成している基板６と、検出コイル３と入力コイルとか
らなる超伝導ループを形成している検出コイル基板７と
を張り合わせている。基板６上の検出コイル３と検出コ
イル基板７の入力コイル５が磁気結合することで、検出
コイル基板７上の検出コイル３で検出された磁束が、そ
の入力コイルからＳＱＵＩＤ基板６の検出コイル３に伝
達される。本実施例のように、複数の検出コイル基板を
使用することにより、検出コイルの形状の変更が可能と
なる。また、臨界温度の異なる検出コイル基板を組み合
わせることにより、試料温度とジョセフソン接合の臨界
温度に大きな差がある場合にも対応できる。
ＩＤの構成図を示す。検出コイル３を持つＳＱＵＩＤを
形成している基板６と、検出コイル３と入力コイルとか
らなる超伝導ループを形成している検出コイル基板７と
を張り合わせている。基板６上の検出コイル３と検出コ
イル基板７の入力コイル５が磁気結合することで、検出
コイル基板７上の検出コイル３で検出された磁束が、そ
の入力コイルからＳＱＵＩＤ基板６の検出コイル３に伝
達される。本実施例のように、複数の検出コイル基板を
使用することにより、検出コイルの形状の変更が可能と
なる。また、臨界温度の異なる検出コイル基板を組み合
わせることにより、試料温度とジョセフソン接合の臨界
温度に大きな差がある場合にも対応できる。
【００２１】上記ジョセフソン接合を含む超伝導リング
の一部を、ジョセフソン接合部の臨界温度より高い臨界
温度を持つ超伝導薄膜材料で形成し、その部分を上記検
出コイルとしてを使用することにより、超伝導リングで
直接磁場を検出する構造にすることもできる。また、超
伝導リングの一部である上記検出コイルを、ジョセフソ
ン接合部とは異なる基板上に形成した後、ジョセフソン
接合を含む本体部分と張り合わせ、超伝導接続すること
により、検出コイルを一体化させることも可能である。
の一部を、ジョセフソン接合部の臨界温度より高い臨界
温度を持つ超伝導薄膜材料で形成し、その部分を上記検
出コイルとしてを使用することにより、超伝導リングで
直接磁場を検出する構造にすることもできる。また、超
伝導リングの一部である上記検出コイルを、ジョセフソ
ン接合部とは異なる基板上に形成した後、ジョセフソン
接合を含む本体部分と張り合わせ、超伝導接続すること
により、検出コイルを一体化させることも可能である。
【００２２】また、上記超伝導リングに磁気結合された
入力コイルを設け、上記検出コイルをその入力コイルと
超伝導接続することにより、上記検出コイルで検出した
磁束を入力コイルを介して、超伝導リングに伝達させる
構造にすることも可能である。そして、上記入力コイル
と上記検出コイルで構成される超伝導ループ全体を、ジ
ョセフソン接合部より高い臨界温度を持つ超伝導薄膜材
料で形成することも可能である。
入力コイルを設け、上記検出コイルをその入力コイルと
超伝導接続することにより、上記検出コイルで検出した
磁束を入力コイルを介して、超伝導リングに伝達させる
構造にすることも可能である。そして、上記入力コイル
と上記検出コイルで構成される超伝導ループ全体を、ジ
ョセフソン接合部より高い臨界温度を持つ超伝導薄膜材
料で形成することも可能である。
【００２３】また、上記入力コイルと上記検出コイルで
構成される超伝導ループを、ジョセフソン接合部と異な
る基板上に形成した後、ジョセフソン接合を含む本体部
分と張り合わせ、入力コイルと超伝導リングを磁気結合
させることも可能である。
構成される超伝導ループを、ジョセフソン接合部と異な
る基板上に形成した後、ジョセフソン接合を含む本体部
分と張り合わせ、入力コイルと超伝導リングを磁気結合
させることも可能である。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、以
下に記載されるような効果を有する。検出コイルを、ジ
ョセフソン接合を構成する超伝導薄膜材料の臨界温度よ
り高い臨界温度を持つ超伝導薄膜材料で構成することに
より、ＳＱＵＩＤを用いて構成されるＳＱＵＩＤ顕微鏡
で試料の磁場分布を測定する際、試料温度がジョセフソ
ン接合部の臨界温度より高い状態においても、その測定
が可能となる。
下に記載されるような効果を有する。検出コイルを、ジ
ョセフソン接合を構成する超伝導薄膜材料の臨界温度よ
り高い臨界温度を持つ超伝導薄膜材料で構成することに
より、ＳＱＵＩＤを用いて構成されるＳＱＵＩＤ顕微鏡
で試料の磁場分布を測定する際、試料温度がジョセフソ
ン接合部の臨界温度より高い状態においても、その測定
が可能となる。
【００２５】そして、検出コイルを、ジョセフソン接合
部と異なる基板上に形成した後、ジョセフソン接合を含
む本体部分と張り合わせ、超伝導接続して検出コイルを
一体化することによって、種々の大きさや機能を持つ検
出コイルの採用、また、試料温度に応じた検出コイルの
採用など、その用途に適した検出コイルを選択できると
いう利点を持たせることができる。
部と異なる基板上に形成した後、ジョセフソン接合を含
む本体部分と張り合わせ、超伝導接続して検出コイルを
一体化することによって、種々の大きさや機能を持つ検
出コイルの採用、また、試料温度に応じた検出コイルの
採用など、その用途に適した検出コイルを選択できると
いう利点を持たせることができる。
【００２６】また、ワッシャーコイルに磁気結合された
入力コイルを設け、検出コイルと入力コイルからなる超
伝導ループ全体を、ジョセフソン接合部分を形成する超
伝導薄膜材料の材料の臨界温度より高い臨界温度をもつ
超伝導薄膜材料で形成することにより、検出コイルと入
力コイルの超伝導接続を必要としないため、その作製を
容易にすることができる。
入力コイルを設け、検出コイルと入力コイルからなる超
伝導ループ全体を、ジョセフソン接合部分を形成する超
伝導薄膜材料の材料の臨界温度より高い臨界温度をもつ
超伝導薄膜材料で形成することにより、検出コイルと入
力コイルの超伝導接続を必要としないため、その作製を
容易にすることができる。
【００２７】さらに、入力コイルと検出コイルで構成さ
れる超伝導ループを、ジョセフソン接合部と異なる基板
上に形成した後、ジョセフソン接合を含む本体部分と張
り合わせ、入力コイルと超伝導リングを磁気結合させる
ことにより、異なる超伝導材料を別々の基板に形成で
き、さらに、超伝導接続を必要としないため、超伝導接
続が難しい、Ｎｂ系超伝導体からなるＳＱＵＩＤと高温
超伝導体からなる検出コイルの組み合わせを容易にす
る。
れる超伝導ループを、ジョセフソン接合部と異なる基板
上に形成した後、ジョセフソン接合を含む本体部分と張
り合わせ、入力コイルと超伝導リングを磁気結合させる
ことにより、異なる超伝導材料を別々の基板に形成で
き、さらに、超伝導接続を必要としないため、超伝導接
続が難しい、Ｎｂ系超伝導体からなるＳＱＵＩＤと高温
超伝導体からなる検出コイルの組み合わせを容易にす
る。
【図１】本発明の第１実施例を示すＳＱＵＩＤの構成図
である。
である。
【図２】本発明によるＳＱＵＩＤを用いた走査型ＳＱＵ
ＩＤ顕微鏡の構成図である。
ＩＤ顕微鏡の構成図である。
【図３】本発明の第２実施例を示すＳＱＵＩＤの構成図
である。
である。
【図４】本発明の第３実施例を示すＳＱＵＩＤの構成図
である。
である。
【図５】本発明の第４実施例を示すＳＱＵＩＤの構成図
である。
である。
【図６】本発明の第５実施例を示すＳＱＵＩＤの構成図
である。
である。
【図７】本発明の第６実施例を示すＳＱＵＩＤの構成図
である。
である。
【図８】本発明の第７実施例を示すＳＱＵＩＤの構成図
である。
である。
【図９】従来技術によるＳＱＵＩＤの構成図である。
【図１０】従来技術によるＳＱＵＩＤを用いた走査型Ｓ
ＱＵＩＤ顕微鏡の構成図である。
ＱＵＩＤ顕微鏡の構成図である。
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 入力コイル ６ 基板 ７ 検出コイル基板 ８ 超伝導接続部 １０ ＳＱＵＩＤ １１ クライオスタット １２ 試料 １３ 試料ホルダー １４ ＳＱＵＩＤホルダー １５ ＸＹＺ走査制御装置 １６ 液体ヘリウム １７ 真空層 １８ 温度制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 茅根 一夫 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セイコー電子工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−269681（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−158969（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−155681（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−274472（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−194377（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01R 33/00 - 33/18 G01N 27/72 H01L 39/22
Claims (9)
- 【請求項１】 基板上に超伝導薄膜で形成され、一体化
された検出コイルを有する超伝導量子干渉素子におい
て、１種類の 超伝導薄膜材料で形成されるジョセフソン接合
を含む超伝導リングと、 前記超伝導リングに磁気結合された帰還変調コイルと、 前記ジョセフソン接合を形成する前記超伝導薄膜材料の
臨界温度より高い臨界温度を持つ、前記超伝導薄膜材料
とは異なる超伝導薄膜材料で形成される検出コイルから
構成されることを特徴とする超伝導量子干渉素子。 - 【請求項２】 前記検出コイルが、超伝導リングの一部
から構成されることを特徴とする請求項１記載の超伝導
量子干渉素子。 - 【請求項３】 前記ジョセフソン接合が前記基板上に形
成され、前記検出コイルが、ジョセフソン接合が形成さ
れる前記基板とは異なる基板上に形成された超伝導薄膜
から構成され、前記両基板がはり合わせられることを特
徴とする請求項２記載の超伝導量子干渉素子。 - 【請求項４】 基板上に超伝導薄膜で形成され、検出コ
イルを一体化した超伝導量子干渉素子において、１種類の 超伝導薄膜材料で前記基板上に形成されるジョ
セフソン接合を含む超伝導リングと、 前記超伝導リングに磁気結合された入力コイルと帰還変
調コイルと、 前記入力コイルと超伝導ループを形成し、前記ジョセフ
ソン接合を形成する前記超伝導薄膜材料の臨界温度より
高い臨界温度を持つ、前記超伝導薄膜材料とは異なる超
伝導薄膜材料で形成される検出コイルから構成されるこ
とを特徴とする超伝導量子干渉素子。 - 【請求項５】 前記検出コイルが、前記ジョセフソン接
合部とは異なる基板上に超伝導薄膜で形成され、前記両
基板が、超伝導材料で接続されることを特徴とする請求
項４記載の超伝導量子干渉素子。 - 【請求項６】 前記検出コイルと前記入力コイルが、超
伝導ループで構成され、前記ジョセフソン接合を形成す
る超伝導薄膜材料の臨界温度より、高い臨界温度を有す
る超伝導薄膜材料で形成されることを特徴とする請求項
４記載の超伝導量子干渉素子。 - 【請求項７】 前記検出コイルと前記入力コイルが、前
記ジョセフソン接合部とは異なる基板上に超伝導薄膜で
形成され、前記両基板が超伝導材料で接続され、前記検
出コイルで検出した磁束が前記入力コイルを介して前記
超伝導リングに伝達されるようにすることを特徴とする
請求項６記載の超伝導量子干渉素子磁束計。 - 【請求項８】 請求項１から７のいずれか一項に記載の
超伝導量子干渉素子を用いて構成されることを特徴とす
る非破壊検査装置。 - 【請求項９】 前記非破壊検査装置が、走査型超伝導量
子干渉素子顕微鏡で構成されることを特徴とする請求項
８記載の非破壊検査装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09081676A JP3133013B2 (ja) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | 超伝導量子干渉素子およびそれを用いた非破壊検査装置 |
| US09/050,791 US6025713A (en) | 1997-03-31 | 1998-03-30 | Superconducting quantum interference device and non-destructive evaluation apparatus using the same |
| EP98302498A EP0869372B1 (en) | 1997-03-31 | 1998-03-31 | Superconducting quantum interference device and non-destructive evaluation apparatus using the same |
| DE69837735T DE69837735T2 (de) | 1997-03-31 | 1998-03-31 | Supraleitende Quanteninterferenzanordnung und Einrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung unter Verwendung derselben |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09081676A JP3133013B2 (ja) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | 超伝導量子干渉素子およびそれを用いた非破壊検査装置 |
| US09/050,791 US6025713A (en) | 1997-03-31 | 1998-03-30 | Superconducting quantum interference device and non-destructive evaluation apparatus using the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10282196A JPH10282196A (ja) | 1998-10-23 |
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Family
ID=26422682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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| US6984977B2 (en) * | 2001-09-14 | 2006-01-10 | University Of Maryland | Scanning SQUID microscope with improved spatial resolution |
| 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 |
| DE10158096B4 (de) * | 2001-11-27 | 2006-01-12 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Bauteil für ein SQUID-Mikroskop für Raumtemperaturproben sowie zugehörige Verwendung |
| US20050092981A1 (en) * | 2003-11-04 | 2005-05-05 | Hunt Jeffrey H. | Superconducting integrated circuit and methods of forming same |
| EP2165211B1 (en) * | 2007-07-05 | 2018-02-28 | Yeda Research And Development Company Limited | Magnetic field sensor device for direct magnetic field imaging and method of fabrication thereof |
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| US10310027B2 (en) * | 2017-06-16 | 2019-06-04 | The Aerospace Corporation | Systems and methods for detecting current using a kinetic inductance magnetic current imager |
| US10665635B1 (en) | 2019-04-25 | 2020-05-26 | International Business Machines Corporation | Persistent flux biasing methodology for superconducting loops |
| US12022749B2 (en) | 2020-03-04 | 2024-06-25 | International Business Machines Corporation | Flux bias line local heating device |
| US11937516B2 (en) | 2020-03-04 | 2024-03-19 | International Business Machines Corporation | Fabrication of a flux bias line local heating device |
| CN112782557B (zh) * | 2020-12-29 | 2021-09-07 | 合肥本源量子计算科技有限责任公司 | 一种量子芯片测试结构及其制备方法和测试方法 |
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| CN116203302B (zh) * | 2023-02-14 | 2026-03-17 | 中国原子能科学研究院 | 一种基于超导量子干涉仪的微型超导非接触式电流传感器 |
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-
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-
1998
- 1998-03-30 US US09/050,791 patent/US6025713A/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-03-31 EP EP98302498A patent/EP0869372B1/en not_active Expired - Lifetime
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| US6025713A (en) | 2000-02-15 |
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