JPH05297089A - 磁気センサ - Google Patents
磁気センサInfo
- Publication number
- JPH05297089A JPH05297089A JP4126862A JP12686292A JPH05297089A JP H05297089 A JPH05297089 A JP H05297089A JP 4126862 A JP4126862 A JP 4126862A JP 12686292 A JP12686292 A JP 12686292A JP H05297089 A JPH05297089 A JP H05297089A
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- JP
- Japan
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- magnetic
- squid
- thin film
- magnetic sensor
- magnetic flux
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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
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
- Y10S505/825—Apparatus per se, device per se, or process of making or operating same
- Y10S505/842—Measuring and testing
- Y10S505/843—Electrical
- Y10S505/845—Magnetometer
- Y10S505/846—Magnetometer using superconductive quantum interference device, i.e. squid
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- 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】
【構成】 MgO性基板5上に成膜されたY1Ba2Cu3O7-X
酸化物超電導薄膜で構成されたプレーナ型DC−SQU
ID1と、磁束トランス2と、プレーナ型DC−SQU
ID1のジョセフソン接合12、13上にMgO絶縁膜21を介
して配置されたY1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄膜20とを
備える磁気センサ。Y1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄膜20
が磁気シールドとして機能する。 【効果】 被測定磁場の磁束がプレーナ型SQUID1
のジョセフソン接合12、13に入射せず、ジョセフソン接
合12、13のトンネル電流に悪影響を与えない。従って、
発生電圧が向上し、実質的に高感度になる。
酸化物超電導薄膜で構成されたプレーナ型DC−SQU
ID1と、磁束トランス2と、プレーナ型DC−SQU
ID1のジョセフソン接合12、13上にMgO絶縁膜21を介
して配置されたY1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄膜20とを
備える磁気センサ。Y1Ba2Cu3O7-X酸化物超電導薄膜20
が磁気シールドとして機能する。 【効果】 被測定磁場の磁束がプレーナ型SQUID1
のジョセフソン接合12、13に入射せず、ジョセフソン接
合12、13のトンネル電流に悪影響を与えない。従って、
発生電圧が向上し、実質的に高感度になる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気センサに関する。
より詳細には、本発明は、酸化物超電導体を使用したS
QUIDを備える感度が高い磁気センサに関する。
より詳細には、本発明は、酸化物超電導体を使用したS
QUIDを備える感度が高い磁気センサに関する。
【0002】
【従来の技術】SQUIDは、ジョセフソン素子を利用
した超高感度磁気センサであり、磁束量子Φ0(h/2
e)以下のきわめて微小な磁束を電圧に変換して測定す
ることができる。SQUIDは、超電導リングに1個ま
たは2個のジョセフソン接合を挿入した構成であり、そ
れぞれRF−SQUID、DC−SQUIDと呼ばれて
いる。一般に、SQUIDは超電導磁束トランスと組み
合わせて使用される。図2に超電導磁束トランスと組み
合わせたSQUIDの概念図を示す。
した超高感度磁気センサであり、磁束量子Φ0(h/2
e)以下のきわめて微小な磁束を電圧に変換して測定す
ることができる。SQUIDは、超電導リングに1個ま
たは2個のジョセフソン接合を挿入した構成であり、そ
れぞれRF−SQUID、DC−SQUIDと呼ばれて
いる。一般に、SQUIDは超電導磁束トランスと組み
合わせて使用される。図2に超電導磁束トランスと組み
合わせたSQUIDの概念図を示す。
【0003】図2において、SQUID1は、SQUI
D1と結合された入力コイル3を備える磁束トランス2
と組み合わされている。磁束トランス2のピックアップ
コイル4に垂直な磁束Bが加えられると、磁束トランス
2内の磁束を0に保つために磁束トランス2にループ電
流が発生し、入力コイル3を介してSQUID1に磁束
が結合する。
D1と結合された入力コイル3を備える磁束トランス2
と組み合わされている。磁束トランス2のピックアップ
コイル4に垂直な磁束Bが加えられると、磁束トランス
2内の磁束を0に保つために磁束トランス2にループ電
流が発生し、入力コイル3を介してSQUID1に磁束
が結合する。
【0004】図3に、酸化物超電導体を使用したプレー
ナ形DC−SQUIDの概念図を示す。図3のSQUI
Dは、中心にホール部11を有する矩形の酸化物超電導薄
膜で構成されたワッシャ部10と、ワッシャ部10からほぼ
水平に突出したやはり酸化物超電導薄膜で構成された接
続部14および15と、接続部14および15の間からホール部
11に達するスリットと、接続部14および15を結合し、両
端にジョセフソン接合12および13を有する超電導電極17
とを具備する。磁束トランスと組み合わせた磁気センサ
を構成する場合には、ワッシャ部10上に磁束トランスの
入力コイルを配置する。
ナ形DC−SQUIDの概念図を示す。図3のSQUI
Dは、中心にホール部11を有する矩形の酸化物超電導薄
膜で構成されたワッシャ部10と、ワッシャ部10からほぼ
水平に突出したやはり酸化物超電導薄膜で構成された接
続部14および15と、接続部14および15の間からホール部
11に達するスリットと、接続部14および15を結合し、両
端にジョセフソン接合12および13を有する超電導電極17
とを具備する。磁束トランスと組み合わせた磁気センサ
を構成する場合には、ワッシャ部10上に磁束トランスの
入力コイルを配置する。
【0005】酸化物超電導体を使用したSQUIDの場
合には、ジョセフソン接合12および13に作製が容易な弱
結合型の接合を使用することが多い。図4に酸化物超電
導体による弱結合型ジョセフソン接合の一例の断面図を
示す。図4の弱結合型ジョセフソン接合は、段差46を有
する基板45上に成膜された酸化物超電導薄膜40で構成さ
れている。酸化物超電導薄膜40の段差46上の部分は結晶
粒界43になっており、その両側の部分41、42はそれぞれ
単結晶の酸化物超電導体結晶で構成されている。上記の
酸化物超電導薄膜においては、単結晶の部分41、42は、
結晶粒界43を障壁とした弱結合型のジョセフソン接合を
構成している。このジョセフソン接合においては、トン
ネル電流はほぼ水平に流れる。
合には、ジョセフソン接合12および13に作製が容易な弱
結合型の接合を使用することが多い。図4に酸化物超電
導体による弱結合型ジョセフソン接合の一例の断面図を
示す。図4の弱結合型ジョセフソン接合は、段差46を有
する基板45上に成膜された酸化物超電導薄膜40で構成さ
れている。酸化物超電導薄膜40の段差46上の部分は結晶
粒界43になっており、その両側の部分41、42はそれぞれ
単結晶の酸化物超電導体結晶で構成されている。上記の
酸化物超電導薄膜においては、単結晶の部分41、42は、
結晶粒界43を障壁とした弱結合型のジョセフソン接合を
構成している。このジョセフソン接合においては、トン
ネル電流はほぼ水平に流れる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の磁気センサ
では、いずれも磁束トランスのピックアップコイルとプ
レーナ型SQUIDとが、ほぼ同一の平面上に配置され
ている。即ち、磁束トランスのピックアップコイルの中
心軸が、プレーナ型SQUIDの主たる面に対して垂直
になる。そのため、ピックアップコイルの中心軸に垂直
である被測定磁場の磁束が、ピックアップコイルだけで
なく、プレーナ型SQUIDをも貫通することになる。
では、いずれも磁束トランスのピックアップコイルとプ
レーナ型SQUIDとが、ほぼ同一の平面上に配置され
ている。即ち、磁束トランスのピックアップコイルの中
心軸が、プレーナ型SQUIDの主たる面に対して垂直
になる。そのため、ピックアップコイルの中心軸に垂直
である被測定磁場の磁束が、ピックアップコイルだけで
なく、プレーナ型SQUIDをも貫通することになる。
【0007】上記の磁束の方向は、ジョセフソン接合の
トンネル電流の流れる方向に垂直であるので、トンネル
電流が影響を受けてSQUIDの発生電圧が低下する。
そのため、磁気センサの実質的な感度が低下する。そこ
で、本発明の目的は上記従来技術の問題点を解決した高
感度の磁気センサを提供することにある。
トンネル電流の流れる方向に垂直であるので、トンネル
電流が影響を受けてSQUIDの発生電圧が低下する。
そのため、磁気センサの実質的な感度が低下する。そこ
で、本発明の目的は上記従来技術の問題点を解決した高
感度の磁気センサを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に従うと、酸化物
超電導薄膜による超電導電線路で構成され、互いに接続
されたピックアップコイルおよび入力コイルを備える磁
束トランスと、該磁束トランスの入力コイルと結合さ
れ、ジョセフソン接合を備える酸化物超電導体が使用さ
れているプレーナ型SQUIDとを備える磁気センサに
おいて、前記プレーナ型SQUIDのジョセフソン接合
に外部から磁束が侵入しないよう磁気シールドをさらに
備えることを特徴とする磁気センサが提供される。
超電導薄膜による超電導電線路で構成され、互いに接続
されたピックアップコイルおよび入力コイルを備える磁
束トランスと、該磁束トランスの入力コイルと結合さ
れ、ジョセフソン接合を備える酸化物超電導体が使用さ
れているプレーナ型SQUIDとを備える磁気センサに
おいて、前記プレーナ型SQUIDのジョセフソン接合
に外部から磁束が侵入しないよう磁気シールドをさらに
備えることを特徴とする磁気センサが提供される。
【0009】本発明の磁気センサでは、上記磁気シール
ドが酸化物超電導体で構成されていることが好ましい。
ドが酸化物超電導体で構成されていることが好ましい。
【0010】
【作用】本発明の磁気センサは、磁束トランスとプレー
ナ型SQUIDとを組み合わせて構成されており、プレ
ーナ型SQUIDのジョセフソン接合に外部から磁束が
侵入しないような磁気シールドを備えることを特徴とす
る。本発明の磁気センサの磁気シールドは、任意の構成
で実現できるが、例えば、プレーナ型SQUIDのジョ
セフソン接合部分上に絶縁膜を介して配置された酸化物
超電導薄膜とすることが好ましい。これは、酸化物超電
導薄膜で構成されたSQUIDと、同時に冷却可能であ
り、他の構成の磁気シールドよりもシールド効果が高い
からである。
ナ型SQUIDとを組み合わせて構成されており、プレ
ーナ型SQUIDのジョセフソン接合に外部から磁束が
侵入しないような磁気シールドを備えることを特徴とす
る。本発明の磁気センサの磁気シールドは、任意の構成
で実現できるが、例えば、プレーナ型SQUIDのジョ
セフソン接合部分上に絶縁膜を介して配置された酸化物
超電導薄膜とすることが好ましい。これは、酸化物超電
導薄膜で構成されたSQUIDと、同時に冷却可能であ
り、他の構成の磁気シールドよりもシールド効果が高い
からである。
【0011】上記本発明のSQUIDでは、被測定磁場
の磁束がプレーナ型SQUIDのジョセフソン接合を貫
通しない。従って、被測定磁場の磁束がジョセフソン接
合のトンネル電流に大きな影響を与えることがなく、S
QUIDの発生電圧が向上して高感度、高精度の磁場測
定が可能である。
の磁束がプレーナ型SQUIDのジョセフソン接合を貫
通しない。従って、被測定磁場の磁束がジョセフソン接
合のトンネル電流に大きな影響を与えることがなく、S
QUIDの発生電圧が向上して高感度、高精度の磁場測
定が可能である。
【0012】本発明の磁気センサは、例えば基板上に成
膜した所定の形状の酸化物超電導薄膜で構成することが
可能である。即ち、基板上に酸化物超電導薄膜を成膜
し、Arイオンミリング、反応性イオンエッチング等で加
工してプレーナ型SQUIDを形成し、さらに、絶縁膜
および酸化物超電導薄膜をプレーナ型SQUIDに積層
する。この酸化物超電導薄膜をやはりArイオンミリン
グ、反応性イオンエッチング等で加工して磁束トランス
および磁気シールドを形成すれば、本発明の磁気センサ
が得られる。
膜した所定の形状の酸化物超電導薄膜で構成することが
可能である。即ち、基板上に酸化物超電導薄膜を成膜
し、Arイオンミリング、反応性イオンエッチング等で加
工してプレーナ型SQUIDを形成し、さらに、絶縁膜
および酸化物超電導薄膜をプレーナ型SQUIDに積層
する。この酸化物超電導薄膜をやはりArイオンミリン
グ、反応性イオンエッチング等で加工して磁束トランス
および磁気シールドを形成すれば、本発明の磁気センサ
が得られる。
【0013】本発明の磁気センサは、Y1Ba2Cu3O7-X、
Bi2Sr2Ca2Cu3Ox 、Tl2Ba2Ca2Cu3Ox 等の酸化物超電導
体の薄膜を使用することが好ましい。さらに、その成膜
方法としては、スパッタリング法、MBE法、レーザア
ブレーション法等を例示することができる。
Bi2Sr2Ca2Cu3Ox 、Tl2Ba2Ca2Cu3Ox 等の酸化物超電導
体の薄膜を使用することが好ましい。さらに、その成膜
方法としては、スパッタリング法、MBE法、レーザア
ブレーション法等を例示することができる。
【0014】以下、本発明を実施例によりさらに詳しく
説明するが、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲をなんら制限するものではな
い。
説明するが、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲をなんら制限するものではな
い。
【0015】
【実施例】図1に、本発明の磁気センサの一例の概念図
を示す。図1(a)は平面図であり、図1(b)は、図1(a)
のA−Aにおける断面図である。図1の磁気センサは、
MgO(100)基板5上に成膜されたY1Ba2Cu3O7-X酸
化物超電導薄膜で構成されたプレーナ型のSQUID1
と、やはりMgO(100)基板5上に成膜されたY1Ba2
Cu3O7-X酸化物超電導薄膜で構成された磁束トランス2
とを具備する。また、プレーナ型のSQUID1のジョ
セフソン接合12、13上にはMgO絶縁膜21およびY1Ba2Cu
3O7-X酸化物超電導薄膜20が積層されている。磁束トラ
ンス2は、互いに接続されているピックアップコイル4
と入力コイル3とを具備し、入力コイル3は、SQUI
D1上にSQUID1とは絶縁されて配置されており、
さらにSQUID1と結合されている。入力コイル3
は、図1のような矩形でなく、螺旋状の場合もある。ま
た、SQUID1は図3に示したプレーナ型DC−SQ
UIDである。
を示す。図1(a)は平面図であり、図1(b)は、図1(a)
のA−Aにおける断面図である。図1の磁気センサは、
MgO(100)基板5上に成膜されたY1Ba2Cu3O7-X酸
化物超電導薄膜で構成されたプレーナ型のSQUID1
と、やはりMgO(100)基板5上に成膜されたY1Ba2
Cu3O7-X酸化物超電導薄膜で構成された磁束トランス2
とを具備する。また、プレーナ型のSQUID1のジョ
セフソン接合12、13上にはMgO絶縁膜21およびY1Ba2Cu
3O7-X酸化物超電導薄膜20が積層されている。磁束トラ
ンス2は、互いに接続されているピックアップコイル4
と入力コイル3とを具備し、入力コイル3は、SQUI
D1上にSQUID1とは絶縁されて配置されており、
さらにSQUID1と結合されている。入力コイル3
は、図1のような矩形でなく、螺旋状の場合もある。ま
た、SQUID1は図3に示したプレーナ型DC−SQ
UIDである。
【0016】尚、図示されていないが、実際の磁気セン
サでは、駆動回路が接続されており、そのための配線が
SQUID1に設けられている。また、駆動回路によっ
てはさらにフィードバックコイルが設けられることがあ
る。
サでは、駆動回路が接続されており、そのための配線が
SQUID1に設けられている。また、駆動回路によっ
てはさらにフィードバックコイルが設けられることがあ
る。
【0017】上記本発明の磁気センサは、SQUID1
のジョセフソン接合12、13上に酸化物超電導薄膜20が配
置されている。酸化物超電導薄膜20は、ジョセフソン接
合12、13の磁気シールドとして機能し、従って、測定す
る磁場の磁束が、ジョセフソン接合12、13は貫通せず、
ジョセフソン接合12、13のトンネル電流に影響を与えな
い。従って、発生電圧が向上し、実質的に感度が向上す
る。
のジョセフソン接合12、13上に酸化物超電導薄膜20が配
置されている。酸化物超電導薄膜20は、ジョセフソン接
合12、13の磁気シールドとして機能し、従って、測定す
る磁場の磁束が、ジョセフソン接合12、13は貫通せず、
ジョセフソン接合12、13のトンネル電流に影響を与えな
い。従って、発生電圧が向上し、実質的に感度が向上す
る。
【0018】上記本発明の磁気センサと、プレーナ型S
QUIDのジョセフソン接合に磁気シールドを備えない
従来の磁気センサにより磁束の測定を行った。それぞれ
の磁気センサを液体窒素により冷却しながら測定したと
ころ、従来のSQUIDはdV/dφ=10(μv/φi)
で、磁場感度は1×10-4(φ0/(Hz)1/2)at1Hzであ
った。それに対し、本発明のSQUIDは、dV/dφ=20
(μv/φi)と発生電圧が2倍になり、磁場感度も5
×10-5(φ0/(Hz)1/2)at1Hzと2倍向上した。
QUIDのジョセフソン接合に磁気シールドを備えない
従来の磁気センサにより磁束の測定を行った。それぞれ
の磁気センサを液体窒素により冷却しながら測定したと
ころ、従来のSQUIDはdV/dφ=10(μv/φi)
で、磁場感度は1×10-4(φ0/(Hz)1/2)at1Hzであ
った。それに対し、本発明のSQUIDは、dV/dφ=20
(μv/φi)と発生電圧が2倍になり、磁場感度も5
×10-5(φ0/(Hz)1/2)at1Hzと2倍向上した。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁気セン
サは、プレーナ型SQUIDのジョセフソン接合に磁気
シールドを備える。従って、被測定磁場が、プレーナ型
SQUIDのジョセフソン接合のトンネル電流に影響し
ないので、発生電圧が向上し、実質的に感度が向上す
る。
サは、プレーナ型SQUIDのジョセフソン接合に磁気
シールドを備える。従って、被測定磁場が、プレーナ型
SQUIDのジョセフソン接合のトンネル電流に影響し
ないので、発生電圧が向上し、実質的に感度が向上す
る。
【図1】本発明の磁気センサの一例の概念図である。
【図2】SQUIDを使用した磁気センサの概念図であ
る。
る。
【図3】プレーナ型DC−SQUIDの一例の平面図で
ある。
ある。
【図4】酸化物超電導体を使用した弱結合型ジョセフソ
ン接合の断面図である。
ン接合の断面図である。
1 SQUID 2 磁束トランス 3 入力コイル 4 ピックアップコイル 5 基板 10 ワッシャ部 11 ホール部 12、13 ジョセフソン接合 14、15 接続部 16 スリット 20 酸化物超電導薄膜
Claims (2)
- 【請求項1】 酸化物超電導薄膜による超電導電線路で
構成され、互いに接続されたピックアップコイルおよび
入力コイルを備える磁束トランスと、該磁束トランスの
入力コイルと結合され、ジョセフソン接合を備える酸化
物超電導体が使用されているプレーナ型SQUIDとを
備える磁気センサにおいて、前記プレーナ型SQUID
のジョセフソン接合に外部から磁束が侵入しないよう磁
気シールドをさらに備えることを特徴とする磁気セン
サ。 - 【請求項2】 前記磁気シールドが、酸化物超電導体で
構成されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気
センサ。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4126862A JPH05297089A (ja) | 1992-04-20 | 1992-04-20 | 磁気センサ |
US08/048,197 US5465049A (en) | 1992-04-20 | 1993-04-20 | Integrated type planar magnetic sensor having SQUID and flux transformer formed of oxide superconductor |
DE69329690T DE69329690T2 (de) | 1992-04-20 | 1993-04-20 | Ein Quanteninterferometer mit Oxyd-Supraleiter verwendendem planaren Magnetismus-Sensor |
EP93401012A EP0567386B1 (en) | 1992-04-20 | 1993-04-20 | Planar magnetism sensor utilizing a squid of oxide superconductor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4126862A JPH05297089A (ja) | 1992-04-20 | 1992-04-20 | 磁気センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05297089A true JPH05297089A (ja) | 1993-11-12 |
Family
ID=14945686
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4126862A Pending JPH05297089A (ja) | 1992-04-20 | 1992-04-20 | 磁気センサ |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5465049A (ja) |
EP (1) | EP0567386B1 (ja) |
JP (1) | JPH05297089A (ja) |
DE (1) | DE69329690T2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07294614A (ja) * | 1994-04-25 | 1995-11-10 | Chodendo Sensor Kenkyusho:Kk | Squid素子 |
KR100507608B1 (ko) * | 2003-06-17 | 2005-08-10 | 한국표준과학연구원 | 직렬결합형 스퀴드 센서의 픽업코일과 스퀴드 루프연결장치 |
Families Citing this family (36)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4319693A1 (de) * | 1993-06-16 | 1994-12-22 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | RF-SQUID mit einem integrierten lambda-Mikrowellenresonator als hochempfindliches Magnetometer |
US5600243A (en) * | 1993-09-07 | 1997-02-04 | Conductus, Inc. | Magnetically shielded magnetic sensor with squid and ground plane |
JP2842281B2 (ja) * | 1994-03-29 | 1998-12-24 | 住友電気工業株式会社 | 酸化物超電導磁束トランスとその製造方法 |
AUPM832994A0 (en) * | 1994-09-21 | 1994-10-13 | Broken Hill Proprietary Company Limited, The | A method for improving the performance of thin-film josephson devices in magnetic fields |
DE4445700A1 (de) * | 1994-12-21 | 1996-06-27 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Gradiometer |
DE19511172C2 (de) * | 1995-03-28 | 1999-09-02 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | rf-SQUID mit Tankschwingkreis |
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