JPH0740064B2 - 薄膜ｓｑｕｉｄ磁力計 - Google Patents
薄膜ｓｑｕｉｄ磁力計Info
- Publication number
- JPH0740064B2 JPH0740064B2 JP63145395A JP14539588A JPH0740064B2 JP H0740064 B2 JPH0740064 B2 JP H0740064B2 JP 63145395 A JP63145395 A JP 63145395A JP 14539588 A JP14539588 A JP 14539588A JP H0740064 B2 JPH0740064 B2 JP H0740064B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- loop
- current
- squid
- feedback
- superconducting
- Prior art date
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- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は微弱磁界の測定に用いる薄膜SQUID磁力計に関
する。
する。
＜従来の技術＞ SQUID（超電導量子干渉計）を用いた磁力計では、一般
に、出力を線形化するために磁束ロック法または磁束固
定方式等と称される回路を用いられる。
に、出力を線形化するために磁束ロック法または磁束固
定方式等と称される回路を用いられる。
第９図に従来のdcSQUIDを用いた磁力計の回路構成図を
示す。この構成において、dcSQUID91およびその近傍の
入力回路92等の破線で囲まれたセンサ部90が、超電導状
態で使用するために冷却部に配設される。
示す。この構成において、dcSQUID91およびその近傍の
入力回路92等の破線で囲まれたセンサ部90が、超電導状
態で使用するために冷却部に配設される。
＜発明が解決しようとする課題＞ 第９図に示すような従来のSQUID磁力計では、センサ部9
0以外の初段のアンプや後続のロックインアンプ、ある
いはフィードバック回路等は室温部に置かれる通常の電
子回路によって構成されており、センサ部90以外の構成
が大きなものとなる。そのため、例えば磁化分布等を測
定するためにマルチチャンネル化を計ろうにも、１チャ
ンネル当たりの回路構成が大となって実際には極めて困
難である。
0以外の初段のアンプや後続のロックインアンプ、ある
いはフィードバック回路等は室温部に置かれる通常の電
子回路によって構成されており、センサ部90以外の構成
が大きなものとなる。そのため、例えば磁化分布等を測
定するためにマルチチャンネル化を計ろうにも、１チャ
ンネル当たりの回路構成が大となって実際には極めて困
難である。
また、センサ部90以外が室温部に配設されていること
は、消費電力および熱雑音の点においても好ましくな
い。
は、消費電力および熱雑音の点においても好ましくな
い。
本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、室温部
の電子回路を少なくすることで、１チャンネル当たりの
回路構成を小型化してマルチチャンネル化を容易とする
とともに、消費電力および熱雑音の少ない薄膜SQUID磁
力計の提供を目的としている。
の電子回路を少なくすることで、１チャンネル当たりの
回路構成を小型化してマルチチャンネル化を容易とする
とともに、消費電力および熱雑音の少ない薄膜SQUID磁
力計の提供を目的としている。
＜課題を解決するための手段＞ 上記の目的を達成するめの構成を、実施例に対応する第
１図を参照しつつ説明すると、本発明では、SQUID素子
１と、そのSQUID素子１に結合されたピックアップコイ
ル２と、SQUID素子１から取り出された信号を増幅する
増幅部３と、その増幅部３の出力信号をSQUID素子１に
フィードバックするフィードバック部４とを、それぞれ
超電導体を主体とする薄膜によって形成して冷却部内に
配設する。
１図を参照しつつ説明すると、本発明では、SQUID素子
１と、そのSQUID素子１に結合されたピックアップコイ
ル２と、SQUID素子１から取り出された信号を増幅する
増幅部３と、その増幅部３の出力信号をSQUID素子１に
フィードバックするフィードバック部４とを、それぞれ
超電導体を主体とする薄膜によって形成して冷却部内に
配設する。
このうち、フィードバック部４は、SQUID素子１および
増幅部３の双方に結合された超電導ループ（フィードバ
ックループ）40によって形成する。
増幅部３の双方に結合された超電導ループ（フィードバ
ックループ）40によって形成する。
また、増幅部３は、互いにループ面積の異なる２個の超
電導ループ31,32とこれらを接続するジョセフソン接合J
3によって構成し、その一方の超電導ループ（Ａ−Ｄル
ープ）31を、SQUID素子１の出力電圧VAに対応する電流i
2が流れる伝達トランス５に結合し、他方の超電導ルー
プ（蓄積ループ）32を、フィードバックループ40に結合
する。
電導ループ31,32とこれらを接続するジョセフソン接合J
3によって構成し、その一方の超電導ループ（Ａ−Ｄル
ープ）31を、SQUID素子１の出力電圧VAに対応する電流i
2が流れる伝達トランス５に結合し、他方の超電導ルー
プ（蓄積ループ）32を、フィードバックループ40に結合
する。
＜作用＞ 磁界Φ１の印加による、SQUID素子１の出力電圧VAに対
応する電流i2が流れる伝達トランス５に結合された超電
導ループ31には、i2に誘起されて電流i3が流れるが、こ
の電流i3は第４図に示すように、i2に対してはジョセフ
ソン接合J3の臨界電流値ic3をピーク値とする鋸切刃状
のパルスとなる。i3がピーク値ic3になると、ジョセフ
ソン接合J3は超電導→常電導のスイッチングをし、これ
によって超電導ループ32には、第５図に示すように、i2
の大きさ、従ってSQUID素子１の出力電圧VAの大きさに
応じて階段状に増加する電流i4が流れる。
応する電流i2が流れる伝達トランス５に結合された超電
導ループ31には、i2に誘起されて電流i3が流れるが、こ
の電流i3は第４図に示すように、i2に対してはジョセフ
ソン接合J3の臨界電流値ic3をピーク値とする鋸切刃状
のパルスとなる。i3がピーク値ic3になると、ジョセフ
ソン接合J3は超電導→常電導のスイッチングをし、これ
によって超電導ループ32には、第５図に示すように、i2
の大きさ、従ってSQUID素子１の出力電圧VAの大きさに
応じて階段状に増加する電流i4が流れる。
この超電導ループ32に結合された超電導ループ40には、
同様に階段状に変化する電流i5が流れる（第７図）。こ
の電流i5により。超電導ループ40に接合されたSQUID素
子１には、印加磁界Φ１と逆相の磁界−Φ１が印加さ
れ、フィードバック回路が構成される。
同様に階段状に変化する電流i5が流れる（第７図）。こ
の電流i5により。超電導ループ40に接合されたSQUID素
子１には、印加磁界Φ１と逆相の磁界−Φ１が印加さ
れ、フィードバック回路が構成される。
＜実施例＞ 本発明の実施例を、以下、図面に基づいて説明する。
第１図は本発明実施例の回路構成図である。この図にお
いて、一点鎖線より下方の部分は超電導体を主体とする
薄膜によって形成され、その使用されている超電導体の
臨界温度以下に保持すべく冷却部内に配設される。
いて、一点鎖線より下方の部分は超電導体を主体とする
薄膜によって形成され、その使用されている超電導体の
臨界温度以下に保持すべく冷却部内に配設される。
SQUID素子１は２個のジョセフソン接合J1,J2を備えたdc
SQUIDであって、定電流源７から一定のバイアス電流Ｉ
が流される。このSQUID素子１は、入力コイル21によっ
てピックアップコイル２に結合されている。
SQUIDであって、定電流源７から一定のバイアス電流Ｉ
が流される。このSQUID素子１は、入力コイル21によっ
てピックアップコイル２に結合されている。
SQUID1の出力電圧VAは、抵抗Ｒによって伝達トランス５
を流れる電流i2に変換される。この伝達トランス５は、
コイル51によって増幅部３のＡ−Ｄループ31に結合され
ている。
を流れる電流i2に変換される。この伝達トランス５は、
コイル51によって増幅部３のＡ−Ｄループ31に結合され
ている。
増幅部３は、ループ面積の小さい超電導ループであるＡ
−Ｄループ31と、ループ面積の大きい超電導ループであ
る蓄積ループ32と、このＡ−Ｄループ31と蓄積ループ32
とを接続するジョセフソン接合J3によって構成されてい
る。
−Ｄループ31と、ループ面積の大きい超電導ループであ
る蓄積ループ32と、このＡ−Ｄループ31と蓄積ループ32
とを接続するジョセフソン接合J3によって構成されてい
る。
蓄積ループ32は第１のフィードバックコイル41によっ
て、超電導ループであるフィードバックループ40の一端
に結合されている。フィードバックループ40の他端は、
第２のフィードバックコイル42によってSQUID素子１に
結合されており、これらでフィードバック部４を構成し
ている。また、フィードバックループ40には第１の出力
取り出しコイル43が形成されており、このコイル43に対
向して第２の出力取り出しコイル61が設けられている。
そして、この第２の出力取り出しコイル61の両端は、冷
却部外の出力端子に接続されている。
て、超電導ループであるフィードバックループ40の一端
に結合されている。フィードバックループ40の他端は、
第２のフィードバックコイル42によってSQUID素子１に
結合されており、これらでフィードバック部４を構成し
ている。また、フィードバックループ40には第１の出力
取り出しコイル43が形成されており、このコイル43に対
向して第２の出力取り出しコイル61が設けられている。
そして、この第２の出力取り出しコイル61の両端は、冷
却部外の出力端子に接続されている。
以上の本発明実施例において、ピックアップコイル２に
外部磁界Φｘが印加されると、伝達係数ｋ（Φｘ＝ｋΦ
１）をもってSQUID素子１に磁界Φ１が印加される。こ
の磁界Φ１により、SQUID素子１からは、第２図（ａ）
に示すように、磁束量子Φ０を周期とする出力電圧VAが
得られる。この出力電圧VA−磁界Φ１のリニア部に着目
すると、磁界Φ１をΦ１′に平行移動して第２図（ｂ）
のように表される。
外部磁界Φｘが印加されると、伝達係数ｋ（Φｘ＝ｋΦ
１）をもってSQUID素子１に磁界Φ１が印加される。こ
の磁界Φ１により、SQUID素子１からは、第２図（ａ）
に示すように、磁束量子Φ０を周期とする出力電圧VAが
得られる。この出力電圧VA−磁界Φ１のリニア部に着目
すると、磁界Φ１をΦ１′に平行移動して第２図（ｂ）
のように表される。
第２図（ｂ）に示される出力電圧VAは、伝達トランス５
内の抵抗Ｒによって、この伝達トランス５内を流れる電
流i2に変換される。第３図に電流i2とΦ１′の関係を示
す。
内の抵抗Ｒによって、この伝達トランス５内を流れる電
流i2に変換される。第３図に電流i2とΦ１′の関係を示
す。
伝達トランス５内を流れる電流i2によって、コイル51を
介してＡ−Ｄループ31に磁束Φ２が伝わる。これにより
Ａ−Ｄループ31に電流i3が流れる。Ａ−Ｄループ31と蓄
積ループ32間に介在するジョセフソン接合J3の臨界電流
をic3とすると、Ａ−Ｄループ31に流れる電流i3がic3に
なったときに、ジョセフソン接合J3は超電導→常電導の
スイッチングをするから、これによって磁束はＡ−Ｄル
ープ31から蓄積ループ32内に移動する。従って、Ａ−Ｄ
ループ31に流れる電流i3は、第４図に示すように、
Φ１′の大きさに対してic3をピーク値とした鋸刃状の
パルスとなる。換言すれば、伝達トランス５を流れる電
流i2の大きさＡ−Ｄループ31に流れるパルスのカウント
数に比例する。また、ジョセフソン接合J3の上述のスイ
ッチングによる磁束の移動により、蓄積ループ32内の磁
束はその分増加することになるが、その結果、蓄積ルー
プ32に流れる電流i4は第５図に示すように、Φ１′の大
きさに対して階段状に増加する。
介してＡ−Ｄループ31に磁束Φ２が伝わる。これにより
Ａ−Ｄループ31に電流i3が流れる。Ａ−Ｄループ31と蓄
積ループ32間に介在するジョセフソン接合J3の臨界電流
をic3とすると、Ａ−Ｄループ31に流れる電流i3がic3に
なったときに、ジョセフソン接合J3は超電導→常電導の
スイッチングをするから、これによって磁束はＡ−Ｄル
ープ31から蓄積ループ32内に移動する。従って、Ａ−Ｄ
ループ31に流れる電流i3は、第４図に示すように、
Φ１′の大きさに対してic3をピーク値とした鋸刃状の
パルスとなる。換言すれば、伝達トランス５を流れる電
流i2の大きさＡ−Ｄループ31に流れるパルスのカウント
数に比例する。また、ジョセフソン接合J3の上述のスイ
ッチングによる磁束の移動により、蓄積ループ32内の磁
束はその分増加することになるが、その結果、蓄積ルー
プ32に流れる電流i4は第５図に示すように、Φ１′の大
きさに対して階段状に増加する。
この蓄積ループ32に流れる電流i4によって、第１のフィ
ードバックコイル41を通して第６図に示すような磁束Φ
４がフィードバックループ40に伝わる。これによりフィ
ードバックループ40には、第７図に示すような、蓄積ル
ープ32に流れる電流i4と同様の電流i5が流れる。
ードバックコイル41を通して第６図に示すような磁束Φ
４がフィードバックループ40に伝わる。これによりフィ
ードバックループ40には、第７図に示すような、蓄積ル
ープ32に流れる電流i4と同様の電流i5が流れる。
フィードバックループ40は第２のフィードバックコイル
42によってSQUID素子１に結合されているから、電流i5
により、SQUID素子１には印加磁界Φ１と逆相の磁界−
Φ１が印加され、フィードバック回路が形成される。
42によってSQUID素子１に結合されているから、電流i5
により、SQUID素子１には印加磁界Φ１と逆相の磁界−
Φ１が印加され、フィードバック回路が形成される。
フィードバックループ40を流れる電流i5は、第１および
第２の出力取り出しコイル43および61によって出力端子
に導かれているから、この出力端子に現れる電流を計測
することで印加磁界Φ１を求めることができる。
第２の出力取り出しコイル43および61によって出力端子
に導かれているから、この出力端子に現れる電流を計測
することで印加磁界Φ１を求めることができる。
＜発明の効果＞ 以上説明したように、本発明によれば、SQUID磁力計の
増幅部やフィードバック部を超電導体の薄膜によって構
成して冷却部内に配置することを可能としたから、従来
に比して室温部に置かれる電子回路を大幅に削減するこ
とができ、マルチチャンネル化が容易となる。同時に、
増幅部を冷却部内に置くことで熱雑音の低減が達成され
るとともに、超電導回路部が増加することで消費電力を
も削減できるという効果もある。
増幅部やフィードバック部を超電導体の薄膜によって構
成して冷却部内に配置することを可能としたから、従来
に比して室温部に置かれる電子回路を大幅に削減するこ
とができ、マルチチャンネル化が容易となる。同時に、
増幅部を冷却部内に置くことで熱雑音の低減が達成され
るとともに、超電導回路部が増加することで消費電力を
も削減できるという効果もある。
第１図は本発明実施例の回路構成図、 第２図はそのSQUID素子１の出力電圧VAを示すグラフ、 第３図は伝達トランス５を流れる電流i2を示すグラフ、 第４図はＡ−Ｄループ31を流れる電流i3を示すグラフ、 第５図は蓄積ループ32を流れる電流i4を示すグラフ、 第６図はフィードバックループ40に伝わる磁束Φ４を示
すグラフ、 第７図はフィードバックループ40を流れる電流i5を示す
グラフ、 第８図は出力端子に導かれる電流を示すグラフ、 第９図は従来のdcSQUID磁力計の回路構成図である。 １……SQUID素子 ２……ピックアップコイル ３……増幅部 ４……フィードバック部 ５……伝達トランス ７……定電流源 21……入力コイル 31……Ａ−Ｄループ 32……蓄積ループ 40……フィードバックループ 41……第１のフィードバックコイル 42……第２のフィードバックコイル 43……第１の出力取り出しコイル 51……コイル 61……第２の出力取り出しコイル J1,J2,J3……ジョセフソン接合
すグラフ、 第７図はフィードバックループ40を流れる電流i5を示す
グラフ、 第８図は出力端子に導かれる電流を示すグラフ、 第９図は従来のdcSQUID磁力計の回路構成図である。 １……SQUID素子 ２……ピックアップコイル ３……増幅部 ４……フィードバック部 ５……伝達トランス ７……定電流源 21……入力コイル 31……Ａ−Ｄループ 32……蓄積ループ 40……フィードバックループ 41……第１のフィードバックコイル 42……第２のフィードバックコイル 43……第１の出力取り出しコイル 51……コイル 61……第２の出力取り出しコイル J1,J2,J3……ジョセフソン接合
Claims (1)
- 【請求項１】SQUID素子と、そのSQUID素子に結合された
ピックアップコイルと、上記SQUID素子から取り出され
た信号を増幅する増幅部と、その増幅部の出力を上記SQ
UID素子にフィードバックするフィードバック部とを、
それぞれ超電導体を主体とする薄膜によって形成して冷
却部内に配設するとともに、上記フィードバック部は、
上記SQUID素子および上記増幅部の双方に結合された超
電導ループによって形成され、上記増幅部は、互いにル
ープ面積の異なる２個の超電導ループとこれらを接続す
るジョセフソン接合によって構成され、かつ、その２個
の超電導ループの一方は、上記SQUID素子の出力電圧に
対応する電流が流れる伝達トランスに結合され、他方
は、上記フィードバック部を形成する超電導ループに結
合されていることを特徴とする、薄膜SQUID磁力計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63145395A JPH0740064B2 (ja) | 1988-06-13 | 1988-06-13 | 薄膜ｓｑｕｉｄ磁力計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63145395A JPH0740064B2 (ja) | 1988-06-13 | 1988-06-13 | 薄膜ｓｑｕｉｄ磁力計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01313784A JPH01313784A (ja) | 1989-12-19 |
| JPH0740064B2 true JPH0740064B2 (ja) | 1995-05-01 |
Family
ID=15384272
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63145395A Expired - Fee Related JPH0740064B2 (ja) | 1988-06-13 | 1988-06-13 | 薄膜ｓｑｕｉｄ磁力計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0740064B2 (ja) |
-
1988
- 1988-06-13 JP JP63145395A patent/JPH0740064B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01313784A (ja) | 1989-12-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |