JP5978310B2 - 200MHz以上の帯域幅で動作するDCSQUIDベースのRF磁気計 - Google Patents
200MHz以上の帯域幅で動作するDCSQUIDベースのRF磁気計 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5978310B2 JP5978310B2 JP2014541024A JP2014541024A JP5978310B2 JP 5978310 B2 JP5978310 B2 JP 5978310B2 JP 2014541024 A JP2014541024 A JP 2014541024A JP 2014541024 A JP2014541024 A JP 2014541024A JP 5978310 B2 JP5978310 B2 JP 5978310B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- squid
- circuit
- magnetic flux
- frequency
- flux
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
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
- G01R33/0356—SQUIDS with flux feedback
-
- 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
Description
DC SQUID回路と、
前記DC SQUID回路の入力と出力の間に結合され、フィードバック磁束を前記DC SQUID回路の前記入力に誘導結合する磁束ロックループ回路と
を含むRF磁気計システムである。外部準静的磁束から減算されたフィードバック磁束はnΦ0、n=0、1、2、…(ここで、Φ0は磁束量子である)をもたらす。
(a)調査下のサンプルにRF電力を供給するステップと、
(b)低周波変調磁束
ここで、Φm、ωmおよび
(c)前記DC SQUID回路の出力において、前記周波数ωmで0°と180°の間で二相変調された出力RF電圧を取得するステップと、
(d)前記出力RF電圧をRF信号成分と低周波信号成分に多重分離するステップと、
(e)前記二相変調された出力RF電圧の前記RF信号成分を、それぞれωRFおよびωmの前記周波数を基準とする第1の復調ユニットおよび第2の復調ユニットにおいて逐次的に復調し、前記第2の復調ユニットの出力において、前記調査下のサンプルから生じる前記RF磁束を表す出力信号が得られ、ここで前記周波数ωm≪前記周波数ωRFであり、前記周波数ωmが、前記第1の復調ユニットの出力帯域幅の範囲内であるステップとを含む。
図2〜7を参照すると、RF磁気計20は、超伝導ループ26において接続される2つのジョセフソントンネル接合24で構成されたDC SQUID回路22をベースにしている。SQUID回路22が接合の臨界電流を超える定電流でバイアスをかけられたとき(電流は、臨界電流の最大値まで電圧降下なしに接合に存在する)、SQUIDループを貫通する磁束Φにおける変化が、本明細書においてさらにSQUID応答と称される、SQUIDにわたる電圧降下における変化を生じる。
を有するFLL回路28に組み込まれたことを考慮すると、SQUIDに対するRF磁束
ロックインシミュレーション
本発明のダブルロックイン手法を分析的にモデル化するために、式(1)をIb>2Icについて以下のように概算することができる。
ここで、
以下の磁束がSQUIDに適用される:
RF磁束
上式中、GLNAはLNA70電圧利得である。
実験設定
SQUID
32x32μm2の有効ループ面積を有するバイクリスタル(bi−crystal)SrTiO3基板上の商業用YBa2Cu3O7DC SQUIDおよび単一変調コイルを、オープン欠陥検出のために使用した(Star Cryelectronics社)。1x1mmの大きさのSQUID洗浄器を、先細になったサファイアロッドの端面に接着した。SQUIDの臨界電流は11μAであり、通常接合抵抗は3オームであり、接触抵抗は1オーム未満であり、自己インダクタンスは200pHであった。測定は、遮蔽なしに77.4Kにおいて液体窒素浴中で行われた。
読み出し電子機器
すべての電子機器は、室温で動作させ、3つの主なセクションを含んでいた(図2〜7に示される):同期RF復調器(RFロックイン増幅器)74(またはRFミキサー84)、同期IF復調器(IFロックイン増幅器)78(または乗算器92)、およびFLL回路28。
実験データおよび考察
既知の振幅のRF磁束を生成するために、RFロックイン内部発振器90の減衰された出力を、差動送信線(差動接続線)102を介してSQUID変調コイル106に導入した。変調コイルがフィードラインに短絡を起こさせることを考慮すると、コイルにより生成されるRF磁束の振幅は
上式中、a=2.222Φ0/mAは、SQUID磁束を変調コイル電流に関連付ける幾何係数であり、PRFはRF電力であり、Ζ0=100Ωは図7の差動フィードライン(差動接続線)102の特性インピーダンスである。
12、24 ジョセフソントンネル接合
14 負帰還回路
20 RF磁気計
26 超伝導ループ
28 磁束ロックループ(FLL)回路
30 多重分離回路
32 バイアス
34 デカップリングコンデンサ
36 昇圧器(step up transformer)
38、70 低雑音増幅器(LNA)
40 FLLロックイン増幅器
42 積分器
44 フィードバック抵抗器
46 電流加算器
48、106 変調コイル
50 変調磁束
52 V−Φ曲線
54 RF磁束
56、60 RF電圧(SQUID電圧)
62 低周波信号成分
64 RF周波数信号成分
66、104 バイアスT回路
68 RF復調回路
72、110 180度カプラ
74 RFロックイン増幅器
76 増幅器
78 IFロックイン増幅器
80 サンプル
82 減衰器
84 RFミキサー
86 RF電源
88 カプラ
90 局部発振器
92、96 乗算器
94 関数発生器
100 バンドパスフィルタ
102 差動接続線
108 低温装置
Claims (20)
- 200MHz以上の帯域幅で動作する直流(DC)超伝導量子干渉デバイス(SQUID)磁気計であって、
DC SQUID回路と、
前記DC SQUID回路の入力に誘導結合される低周波変調磁束
前記DC SQUID回路の前記入力に誘導結合される無線周波数(RF)磁束
前記DC SQUID回路に結合された前記RF磁束および前記低周波変調磁束に応答して、前記DC SQUID回路は0°と180°の間の前記周波数ωmで二相変調された出力RF電圧を生成し、
前記DC SQUID回路の出力に結合され、前記出力RF電圧をRF信号成分と低周波信号成分に分離する多重分離回路と、
前記二相変調された出力RF電圧の前記RF信号成分を受信し、前記RF信号成分を前記周波数ωmおよび前記周波数ωRFでダブルロックし、前記RF磁束を表す出力信号を生成するRF復調回路であって、前記周波数ωRFを基準とする第1の復調ユニットと、前記周波数ωmを基準とし、前記第1の復調ユニットの出力に結合された第2の復調ユニットとを含むRF復調回路と
を含むことを特徴とするDC SQUID磁気計。 - 前記DC SQUID回路の前記入力および前記出力の間に結合され、前記DC SQUID回路の前記入力にフィードバック磁束nΦ0、n=0、1、2、…(ここで、Φ0は磁束量子である)を誘導結合する磁束ロックループ(FLL)回路をさらに含み、
前記FLL回路は、前記多重分離回路の出力に結合され、前記多重分離回路の出力から前記低周波信号成分を受信し、前記低周波信号成分は、前記FLL回路においてプロセシングされ、前記フィードバック磁束nΦ0を生成し、
前記第2の復調ユニットは、前記FLL回路に結合され、前記低周波変調磁束を制御することを特徴とする請求項1に記載のDC SQUID磁気計。 - 前記第1の復調ユニットは、前記周波数ωRFを基準とするRFロックイン増幅器を含ことを特徴とする請求項1に記載のDC SQUID磁気計。
- 前記第1の復調ユニットは、RFミキサー/乗算回路を含むことを特徴とする請求項1に記載のDC SQUID磁気計。
- 前記第2の復調ユニットは、前記周波数ωmを基準とする中間周波数(IF)ロックイン増幅器を含むことを特徴とする請求項1に記載のDC SQUID磁気計。
- 前記第2の復調ユニットは、乗算回路を含むことを特徴とする請求項1に記載のDC SQUID磁気計。
- 前記磁束ロックループ(FLL)回路は、前記周波数ωmを基準とするFLLロックイン増幅器を含むことを特徴とする請求項2に記載のDC SQUID磁気計。
- 前記FLL回路は、乗算器ユニットを含むことを特徴とする請求項2に記載のDC SQUID磁気計。
- 低周波変調磁束の前記電源は、前記磁束ロックループ回路および前記第2の復調ユニットに結合される前記低周波変調磁束を生成する関数発生器を含むことを特徴とする請求項2に記載のDC SQUID磁気計。
- 低周波変調磁束の前記電源は、前記IFロックイン増幅器から受信した局部発振器信号を含むことを特徴とする請求項5に記載のDC SQUID磁気計。
- RF磁束の前記電源は、調査下のサンプルから生じる磁束を含むことを特徴とする請求項1に記載のDC SQUID磁気計。
- 前記第1の復調ユニットおよびRF磁束の前記電源に結合されたRF電源をさらに含むことを特徴とする請求項11に記載のDC SQUID磁気計。
- 前記第1の復調ユニットと前記調査下のサンプルの間に結合された減衰器をさらに含む
ことを特徴とする請求項11に記載のDC SQUID磁気計。 - 前記DC SQUID回路に近接して配置され、かつ誘導結合され、前記低周波変調磁束および前記フィードバック磁束を前記DC SQUID回路に結合する変調コイルと、前記DC SQUID回路に近接して配置され、かつ誘導結合され、RF磁束の前記電源から生じる前記RF磁束を前記DC SQUID回路に結合するRFコイルとをさらに含むことを特徴とする請求項2に記載のDC SQUID磁気計。
- 前記RF復調回路は、前記多重分離回路の出力に結合された少なくとも1つの平衡低雑音増幅器(LNA)、および前記第1の復調ユニットと前記第2の復調ユニットの間に結合された増幅器を含むことを特徴とする請求項1に記載のDC SQUID磁気計。
- 前記多重分離回路は、少なくとも1つのバイアスT回路を含むことを特徴とする請求項1に記載のDC SQUID磁気計。
- 前記周波数ωm≪前記周波数ωRFであり、
前記周波数ωmが、前記第1の復調ユニットの出力帯域幅の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載のDC SQUID磁気計。 - 200MHz以上の帯域幅で直流(DC)超伝導量子干渉デバイス(SQUID)磁気計を動作させるための方法であって、
(a)調査下のサンプルに無線周波数(RF)電力を供給するステップと、
(b)前記調査下のサンプルから生じ、低周波変調磁束
Φm、ωmおよび
(c)前記DC SQUID回路の出力において、前記周波数ωmで0°と180°の間で二相変調された出力RF電圧を取得するステップと、
(d)前記出力RF電圧をRF信号成分と低周波信号成分に多重分離するステップと、
(e)前記二相変調された出力RF電圧の前記RF信号成分を、それぞれ前記周波数ωRFおよび前記周波数ωmを基準とする第1の復調ユニットおよび第2の復調ユニットにおいて逐次的に復調し、前記第2の復調ユニットの出力において、前記調査下のサンプルから生じる前記RF磁束を表す出力信号が得られるステップと
を含むことを特徴とする方法。 - 前記ステップ(d)の後に、前記低周波信号成分を磁束ロックループ回路に供給し、フィードバック磁束を生成するステップと、
前記DC SQUID回路を準静的磁束nΦ0、n=0、1、2、…(ここで、Φ0は磁束量子である)においてロックするステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項18に記載の方法。 - 前記ステップ(e)の後に、前記第2の復調ユニットを前記磁束ロックループ回路に結合し、前記低周波変調磁束を制御するステップをさらに含むことを特徴とする請求項19に記載の方法。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/US2011/060589 WO2013074067A1 (en) | 2011-11-14 | 2011-11-14 | Dc squid based rf magnetometer operating at a bandwidth of 200 mhz and higher |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015501919A JP2015501919A (ja) | 2015-01-19 |
JP5978310B2 true JP5978310B2 (ja) | 2016-08-24 |
Family
ID=48429986
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014541024A Active JP5978310B2 (ja) | 2011-11-14 | 2011-11-14 | 200MHz以上の帯域幅で動作するDCSQUIDベースのRF磁気計 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9476951B2 (ja) |
EP (1) | EP2780732B1 (ja) |
JP (1) | JP5978310B2 (ja) |
WO (1) | WO2013074067A1 (ja) |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8179133B1 (en) | 2008-08-18 | 2012-05-15 | Hypres, Inc. | High linearity superconducting radio frequency magnetic field detector |
US8571614B1 (en) | 2009-10-12 | 2013-10-29 | Hypres, Inc. | Low-power biasing networks for superconducting integrated circuits |
US8970217B1 (en) | 2010-04-14 | 2015-03-03 | Hypres, Inc. | System and method for noise reduction in magnetic resonance imaging |
FR3021752B1 (fr) * | 2014-05-30 | 2016-07-01 | Thales Sa | Capteur magnetometrique |
US10222416B1 (en) | 2015-04-14 | 2019-03-05 | Hypres, Inc. | System and method for array diagnostics in superconducting integrated circuit |
US10536033B2 (en) | 2016-03-23 | 2020-01-14 | Novanta Corporation | System and method of bi-directional communication for position sensors involving superposition of data over low voltage DC power using two conductors |
JP2018124156A (ja) * | 2017-01-31 | 2018-08-09 | 富士通株式会社 | Fll回路及びsquidセンサ |
US10802086B2 (en) | 2019-03-06 | 2020-10-13 | United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Circuits and method for biasing magnetic flux through a superconducting quantum interference array |
JP2021085675A (ja) * | 2019-11-25 | 2021-06-03 | 株式会社リコー | 磁場計測装置 |
KR102613656B1 (ko) * | 2020-12-17 | 2023-12-15 | 한국전자통신연구원 | Gmi 마그네토미터를 이용하는 자기장 통신 방법 및 장치 |
US11630166B1 (en) | 2021-08-30 | 2023-04-18 | United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Superconducting quantum interference array receiver and method for digitally controlling magnetic flux bias thereof |
Family Cites Families (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4389612A (en) * | 1980-06-17 | 1983-06-21 | S.H.E. Corporation | Apparatus for reducing low frequency noise in dc biased SQUIDS |
EP0448368B1 (en) * | 1990-03-20 | 1997-11-12 | Fujitsu Limited | Multichannel SQUID flux meter |
US5343147A (en) * | 1992-09-08 | 1994-08-30 | Quantum Magnetics, Inc. | Method and apparatus for using stochastic excitation and a superconducting quantum interference device (SAUID) to perform wideband frequency response measurements |
US5532592A (en) * | 1993-02-02 | 1996-07-02 | Conductus, Inc. | Squid control apparatus with non-cryogenic flux-locked loop disposed in close proximity to the squid |
US5469057A (en) * | 1994-03-08 | 1995-11-21 | University Of New Mexico | Method and apparatus for extending the dynamic range of DC-squid measurements using a flux tracking loop |
US6420868B1 (en) * | 2000-06-16 | 2002-07-16 | Honeywell International Inc. | Read-out electronics for DC squid magnetic measurements |
US6356078B1 (en) * | 2000-06-16 | 2002-03-12 | Honeywell International Inc. | Frequency multiplexed flux locked loop architecture providing an array of DC SQUIDS having both shared and unshared components |
US6448767B1 (en) * | 2000-06-16 | 2002-09-10 | Honeywell International, Inc. | Fast flux locked loop |
JP2002148322A (ja) * | 2000-11-09 | 2002-05-22 | Seiko Instruments Inc | 超伝導量子干渉素子を用いた信号検出器およびその測定方法 |
JP2005188946A (ja) * | 2003-12-24 | 2005-07-14 | Sumitomo Denko Hightecs Kk | 磁気検出装置 |
US7091718B1 (en) * | 2004-02-27 | 2006-08-15 | Honeywell Federal Manufacturing & Technologies, Llc | System having unmodulated flux locked loop for measuring magnetic fields |
US7106057B2 (en) * | 2004-03-17 | 2006-09-12 | University Of Maryland | High frequency scanning SQUID microscope and method of measuring high frequency magnetic fields |
JP4133934B2 (ja) * | 2004-06-03 | 2008-08-13 | 独立行政法人科学技術振興機構 | Squid用ダブルカウンタ方式によるヒステリシス特性型ディジタルfll装置 |
JP5083744B2 (ja) * | 2005-09-02 | 2012-11-28 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 超伝導量子干渉素子用電子回路及びそれを用いた装置 |
DE112009003385A5 (de) * | 2008-11-19 | 2012-05-16 | Institut Für Photonische Technologien E.V. | Squid-system mit erhöhter fluss-spannungs-transferfunktion |
US8593141B1 (en) * | 2009-11-24 | 2013-11-26 | Hypres, Inc. | Magnetic resonance system and method employing a digital squid |
-
2011
- 2011-11-14 US US14/351,374 patent/US9476951B2/en active Active
- 2011-11-14 WO PCT/US2011/060589 patent/WO2013074067A1/en active Application Filing
- 2011-11-14 EP EP11875987.7A patent/EP2780732B1/en active Active
- 2011-11-14 JP JP2014541024A patent/JP5978310B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2013074067A1 (en) | 2013-05-23 |
JP2015501919A (ja) | 2015-01-19 |
US20140249033A1 (en) | 2014-09-04 |
EP2780732A4 (en) | 2015-11-11 |
EP2780732A1 (en) | 2014-09-24 |
EP2780732B1 (en) | 2020-02-26 |
US9476951B2 (en) | 2016-10-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5978310B2 (ja) | 200MHz以上の帯域幅で動作するDCSQUIDベースのRF磁気計 | |
Huber et al. | Gradiometric micro-SQUID susceptometer for scanning measurements of mesoscopic samples | |
Luomahaara et al. | Kinetic inductance magnetometer | |
US9529035B2 (en) | Method and system for localization of open defects in electronic devices with a DC squid based RF magnetometer | |
KR20210113669A (ko) | 조셉슨 진행파 파라메트릭 증폭기 | |
Granata et al. | An ultralow noise current amplifier based on superconducting quantum interference device for high sensitivity applications | |
Kornev et al. | From single SQUID to superconducting quantum arrays | |
Balinskiy et al. | A spin-wave magnetometer with a positive feedback | |
JP2002148322A (ja) | 超伝導量子干渉素子を用いた信号検出器およびその測定方法 | |
Ohmichi et al. | Application of a tunnel diode oscillator to noncontact resistivity measurement in pulsed magnetic fields | |
Talanov et al. | A scanning SQUID microscope with 200 MHz bandwidth | |
JP2005188947A (ja) | 磁気検出装置 | |
Labbé et al. | Effects of flux pinning on the DC characteristics of meander-shaped superconducting quantum interference filters with flux concentrator | |
Stolz et al. | Long baseline thin film SQUID gradiometers | |
JPH0943328A (ja) | 超電導磁気検出装置 | |
Vettoliere et al. | Superconductive quantum interference magnetometer with high sensitivity achieved by an induced resonance | |
Li et al. | Remote sensing and control of phase qubits | |
JP2006184116A (ja) | 磁気検出装置 | |
Rostami | High-sensitivity magnetometer for studying magnetic flux capture in high-temperature superconductors | |
Thomasson et al. | High slew rate large bandwidth integrated dc SQUID magnetometer for NMR applications | |
Talanov et al. | A near-field scanning SQUID microwave microscope | |
JP3063655B2 (ja) | 磁気センサ素子動作回路 | |
Oukhanski et al. | High frequency ac bias for direct-coupled dc superconducting quantum interference device readout electronics | |
Gudoshnikov et al. | Direct-coupled electronics for high-temperature superconductor DC SQUID-based magnetometer | |
Ruede et al. | Readout system for NanoSQUID sensors using a SQUID amplifier |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20141110 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150925 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20151013 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20160113 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160215 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160628 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160725 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5978310 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |