RU2530463C2 - Method of magnetic moment measurement at samples with superconducting quantum interference device - Google Patents

Method of magnetic moment measurement at samples with superconducting quantum interference device Download PDF

Info

Publication number
RU2530463C2
RU2530463C2 RU2012155277/28A RU2012155277A RU2530463C2 RU 2530463 C2 RU2530463 C2 RU 2530463C2 RU 2012155277/28 A RU2012155277/28 A RU 2012155277/28A RU 2012155277 A RU2012155277 A RU 2012155277A RU 2530463 C2 RU2530463 C2 RU 2530463C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sample
magnetometer
magnetic moment
magnetic
samples
Prior art date
Application number
RU2012155277/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012155277A (en
Inventor
Дмитрий Анатольевич Великанов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук
Priority to RU2012155277/28A priority Critical patent/RU2530463C2/en
Publication of RU2012155277A publication Critical patent/RU2012155277A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2530463C2 publication Critical patent/RU2530463C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Abstract

FIELD: measuring instrumentation.
SUBSTANCE: invention refers to measuring instrumentation for variable magnetic parameters and can be used in magnetic measurements in the following areas: magnetic physics, paleomagnetism, biomagnetism. Method of magnetic moment measurement in samples with superconducting quantum interference device (SQID) magnetometer involves mechanical movement of sample, and as a novel feature, before measurement a sample is placed at distance from receiving coils above, zero voltage is set at magnetometer output, then the sample is shifted down a bit below the top receiving coil, and maximum magnetometer output voltage UMAX is measured to determine magnetic moment M by the formula: M=k·UMAX-Mh, where k is calibration constant, Mh is sample holder contribution.
EFFECT: improved and simplified method of magnetic moment measurement in samples with SQID magnetometer.
2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для измерения переменных магнитных величин и может быть использовано при проведении магнитных измерений в следующих областях: физика магнитных явлений, палеомагнетизм, биомагнетизм.The invention relates to devices for measuring variable magnetic quantities and can be used for magnetic measurements in the following areas: physics of magnetic phenomena, paleomagnetism, biomagnetism.

СКВИД-магнитометр (магнитометр со сверхпроводящим квантовым интерференционным датчиком) представляет собой прибор для измерения магнитных полей и их градиентов. Его действие основано на эффекте Джозефсона [Кларк Дж. Принципы действия и применение СКВИДов. - ТИИЭР, 1989, т.77, №8, с.118-137].SQUID magnetometer (magnetometer with a superconducting quantum interference sensor) is a device for measuring magnetic fields and their gradients. Its action is based on the Josephson effect [Clark J. Principles of action and the application of SQUID. - TIIER, 1989, v.77, No. 8, p.118-137].

Известен способ измерения магнитного момента образцов на СКВИД-магнитометре, при котором образец на держателе продвигается через приемные катушки сверхпроводящего градиентометра, вторичная катушка которого индуктивно связана со СКВИДом. При этом происходит изменение магнитного потока, величина которого зависит от положения образца. Расположению образца по центру первой и второй приемных катушек соответствует два пика в выходном сигнале магнитометра. Величина обоих пиков измеряется цифровым вольтметром, а из суммарной величины пиков, определяющей число квантов магнитного потока, производится вычисление величины магнитного момента образца [Бароне А., Патерно Дж. Эффект Джозефсона: физика и применения: Пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - 640 с.; С.510-512] (прототип).A known method of measuring the magnetic moment of samples on a SQUID magnetometer, in which the sample on the holder is advanced through the receiving coils of a superconducting gradiometer, the secondary coil of which is inductively coupled to SQUID. In this case, a change in the magnetic flux occurs, the magnitude of which depends on the position of the sample. The location of the sample in the center of the first and second receiving coils corresponds to two peaks in the output signal of the magnetometer. The magnitude of both peaks is measured by a digital voltmeter, and from the total magnitude of the peaks, which determines the number of quanta of the magnetic flux, the magnitude of the magnetic moment of the sample is calculated [Barone A., Paterno J. Josephson effect: physics and applications: Trans. from English - M .: Mir, 1984. - 640 p .; S.510-512] (prototype).

Недостатком известного способа является его высокие трудоемкость и сложность, так как для проведения одного измерения магнитного момента образца необходимо сначала произвести измерение величины каждого из двух пиков, затем провести ряд математических действий: определить суммарную величину пиков, сопоставить ее с числом квантов магнитного потока и, наконец, с учетом вклада в сигнал от держателя вычислить величину магнитного момента образца.The disadvantage of this method is its high complexity and complexity, since for one measurement of the magnetic moment of the sample, you must first measure the magnitude of each of the two peaks, then carry out a number of mathematical steps: determine the total magnitude of the peaks, compare it with the number of magnetic flux quanta, and finally , taking into account the contribution to the signal from the holder, calculate the magnitude of the magnetic moment of the sample.

Техническим результатом изобретения является усовершенствование и упрощение методики измерения магнитного момента образцов на СКВИД-магнитометре.The technical result of the invention is the improvement and simplification of the method for measuring the magnetic moment of samples on a SQUID magnetometer.

Технический результат достигается тем, что в способе измерения магнитного момента образцов на СКВИД-магнитометре, включающем механическое передвижение образца, новым является то, что перед началом измерения образец помещают на удалении от приемных катушек вверху, на выходе магнитометра устанавливают нулевое напряжение, затем образец передвигают вниз в положение несколько ниже верхней приемной катушки, при этом регистрируют максимальную величину U^y выходного напряжения магнитометра, исходя из которой определяют магнитный момент М образца по формулеThe technical result is achieved by the fact that in the method of measuring the magnetic moment of the samples on a SQUID magnetometer, including the mechanical movement of the sample, it is new that, before starting the measurement, the sample is placed at a distance from the receiving coils at the top, the voltage is set to zero at the output of the magnetometer, then the sample is moved down to a position slightly lower than the upper receiving coil, while recording the maximum value U ^ y of the output voltage of the magnetometer, based on which the magnetic moment M about formula aztsa

M=k·UМАХ-Мд,M = k · U MAX- M d ,

где k - калибровочная константа, Мд - вклад от держателя образца.where k is the calibration constant, M d is the contribution from the sample holder.

Сущность изобретения поясняется с помощью графических материалов. На фиг.1 представлена схема СКВИД-магнитометра. На фиг.2 приведена зависимость сигнала магнитометра от положения образца.The invention is illustrated using graphic materials. Figure 1 presents a diagram of a SQUID magnetometer. Figure 2 shows the dependence of the magnetometer signal on the position of the sample.

СКВИД-магнитометр содержит криостат 1, заполненный хладагентом 2, сверхпроводящий квантовый интерференционный датчик (СКВИД) 3, индуктивно связанный посредством вторичной катушки 4 со сверхпроводящим трансформатором 5 магнитного потока, приемные катушки 6, 7 которого включены по схеме градиентометра и расположены соосно с антидьюаром 8, в котором находится на держателе 9 исследуемый образец 10. Магнитное поле создается соленоидом 11. Соленоид 11, трансформатор 5, нижняя часть антидьюара 8 и СКВИД 3 заключены в сверхпроводящий экран 12 внутри криостата 1. СКВИД 3 подключен к электронному блоку 13, который своим выходом подключен к вольтметру 14. Выход блока 13 является выходом СКВИД-магнитометра.The SQUID magnetometer contains a cryostat 1 filled with refrigerant 2, a superconducting quantum interference sensor (SQUID) 3, inductively coupled via a secondary coil 4 to a superconducting magnetic flux transformer 5, the receiving coils 6, 7 of which are connected according to the gradiometer circuit and are aligned with the anti-dear 8, in which the test sample 10 is located on the holder 9. The magnetic field is created by the solenoid 11. The solenoid 11, the transformer 5, the lower part of the anti-dear 8 and SQUID 3 are enclosed in a superconducting screen 12 inside the cryo Stat 1. SQUID 3 is connected to the electronic unit 13, which is connected to the voltmeter 14 by its output. The output of block 13 is the output of the SQUID magnetometer.

Измерение магнитного момента образцов на СКВИД-магнитометре проводится следующим образом.The measurement of the magnetic moment of the samples on a SQUID magnetometer is carried out as follows.

Криостат 1 заполняется хладагентом 2. Антидьюар 8 осуществляет тепловую развязку между хладагентом 2 и образцом 10, нагревом внутренней части антидьюара 8 устанавливается требуемое значение температуры образца 10. Пропусканием электрического тока через соленоид 11 устанавливается требуемое значение магнитного поля. Магниточувствительным датчиком магнитометра является СКВИДЗ. Экран 12 экранирует элементы устройства от внешних электромагнитных помех. Градиентометрическое включение приемных катушек 6,7 способствует подавлению помех, вызванных вариациями магнитного поля и микрофонным эффектом.The cryostat 1 is filled with refrigerant 2. The anti-dear 8 provides thermal isolation between the refrigerant 2 and the sample 10, heating the inside of the anti-dear 8 sets the required temperature value of the sample 10. By passing electric current through the solenoid 11, the required magnetic field value is set. The magnetosensitive sensor of the magnetometer is SQUIDZ. Screen 12 shields the elements of the device from external electromagnetic interference. Gradientometric inclusion of the receiving coils 6,7 helps to suppress interference caused by variations in the magnetic field and the microphone effect.

Исследуемый образец 10 с помощью держателя 9 помещается на удалении от приемных катушек 6, 7 вверху (положение А). Посредством переключения режимов в блоке 13 на его выходе устанавливается нулевое напряжение. Существует несколько способов установить нулевое напряжение на выходе магнитометра. Один из таких способов заключается в обнулении интегратора, входящего в состав электронного блока 13, например, путем кратковременного замыкания между собой обкладок интегрирующего конденсатора. Гораздо более совершенен способ с применением в составе электронного блока 13 специального устройства для установки пуля, выполненного на основе устройства выборки-хранения и дифференциального усилителя [RU 2246119 С1, кл. G01R 33/035, опубл. 10.02.2005].The test sample 10 using the holder 9 is placed at a distance from the receiving coils 6, 7 at the top (position A). By switching modes in block 13 at its output is set to zero voltage. There are several ways to set the output voltage of the magnetometer to zero. One of such methods consists in zeroing the integrator, which is part of the electronic unit 13, for example, by short-circuiting between itself the plates of the integrating capacitor. A much more advanced method using a special device for installing a bullet in the electronic unit 13, based on a sampling-storage device and a differential amplifier [RU 2246119 C1, cl. G01R 33/035, publ. 02/10/2005].

Затем образец 10 на держателе 9 механически передвигается вниз в положение несколько ниже верхней приемной катушки 6 (положение Б). По мере перемещения образца 10 происходит изменение магнитного потока через катушки 6, 7, величина которого зависит от местоположения образца 10 (см. фиг.2). Наведенный сигнал передается во вторичную катушку 4 трансформатора 5, преобразуется СКВИДом 3 и поступает в электронный блок 13, в котором усиливается и проходит обработку. Напряжение U на выходе блока 13 регистрируется вольтметром 14. Выходной сигнал U магнитометра пропорционален изменению магнитного потока.Then, the sample 10 on the holder 9 moves mechanically down to a position slightly lower than the upper receiving coil 6 (position B). As the sample 10 moves, the magnetic flux changes through the coils 6, 7, the value of which depends on the location of the sample 10 (see figure 2). The induced signal is transmitted to the secondary coil 4 of the transformer 5, converted by SQUID 3 and fed to the electronic unit 13, in which it is amplified and processed. The voltage U at the output of block 13 is recorded by a voltmeter 14. The output signal U of the magnetometer is proportional to the change in magnetic flux.

Когда образец 10 располагается по центру катушки 6, выходное напряжение магнитометра достигает своей максимальной величины UMAX. Из величины UMAX определяется магнитный момент М образца в соответствии с выражениемWhen the sample 10 is located in the center of the coil 6, the output voltage of the magnetometer reaches its maximum value U MAX . From the magnitude of U MAX , the magnetic moment M of the sample is determined in accordance with the expression

M=k·UМАХ-Мд,M = k · U MAX- M d ,

где k - калибровочная константа, Мд - вклад от держателя образца.where k is the calibration constant, M d is the contribution from the sample holder.

Константа k определяется при калибровке магнитометра. Калибровка производится либо по образцу с известным магнитным моментом, либо по эталонной катушке с током. Вклад Мд от держателя определяется при измерении пустого держателя при условиях, идентичных условиям измерения исследуемого образца.The constant k is determined during the calibration of the magnetometer. Calibration is performed either on a sample with a known magnetic moment, or on a reference coil with current. The contribution M d from the holder is determined when measuring an empty holder under conditions identical to the measurement conditions of the test sample.

Claims (1)

Способ измерения магнитного момента образцов на СКВИД-магнитометре, включающий механическое передвижение образца, отличающийся тем, что перед началом измерения образец помещают на удалении от приемных катушек вверху, на выходе магнитометра устанавливают нулевое напряжение, затем образец передвигают вниз в положение несколько ниже верхней приемной катушки, при этом регистрируют максимальную величину UMAX выходного напряжения магнитометра, исходя из которой определяют магнитный момент М образца по формуле
M=k·UМАХ-Мд,
где k - калибровочная константа, Мд - вклад от держателя образца. A method for measuring the magnetic moment of samples on a SQUID magnetometer, including mechanical movement of the sample, characterized in that before the measurement starts the sample is placed at a distance from the receiving coils at the top, the voltage is set to zero at the output of the magnetometer, then the sample is moved down to a position slightly lower than the upper receiving coil, in this case, the maximum value U MAX of the output voltage of the magnetometer is recorded, based on which the magnetic moment M of the sample is determined by the formula
M = k · U MAX- M d ,
where k is the calibration constant, M d is the contribution from the sample holder.
RU2012155277/28A 2012-12-19 2012-12-19 Method of magnetic moment measurement at samples with superconducting quantum interference device RU2530463C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012155277/28A RU2530463C2 (en) 2012-12-19 2012-12-19 Method of magnetic moment measurement at samples with superconducting quantum interference device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012155277/28A RU2530463C2 (en) 2012-12-19 2012-12-19 Method of magnetic moment measurement at samples with superconducting quantum interference device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012155277A RU2012155277A (en) 2014-06-27
RU2530463C2 true RU2530463C2 (en) 2014-10-10

Family

ID=51215878

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012155277/28A RU2530463C2 (en) 2012-12-19 2012-12-19 Method of magnetic moment measurement at samples with superconducting quantum interference device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2530463C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1531669A1 (en) * 1987-04-10 1996-02-27 Н.И. Алексеев Method of measurement of magnetic field
SU1632171A1 (en) * 1989-10-14 1996-05-27 А.В. Силантьев Method of determination of electromagnetic parameters of substance
WO1998007043A1 (en) * 1996-08-12 1998-02-19 The Manchester Metropolitan University Method of and apparatus for torque magnetometry
US5923166A (en) * 1996-04-30 1999-07-13 Tau Sensors Llc Electrically insulating cantilever magnetometer with mutually isolated and integrated thermometry, background elimination and null detection

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1531669A1 (en) * 1987-04-10 1996-02-27 Н.И. Алексеев Method of measurement of magnetic field
SU1632171A1 (en) * 1989-10-14 1996-05-27 А.В. Силантьев Method of determination of electromagnetic parameters of substance
US5923166A (en) * 1996-04-30 1999-07-13 Tau Sensors Llc Electrically insulating cantilever magnetometer with mutually isolated and integrated thermometry, background elimination and null detection
WO1998007043A1 (en) * 1996-08-12 1998-02-19 The Manchester Metropolitan University Method of and apparatus for torque magnetometry

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Физические методы исследования конструкционных наноматериалов", учебно-методический комплекс дисциплины, Введенский В.Ю., МИСиС, Москва 2010, стр. 147-151. "XXXVI совещание по физике низких температур, Санкт-Петербург, 2-6 июля 2012, тезисы докладов". "Исследование магнитных свойств монокристаллов CoSi", В.Н. Нарожный, . В.Н. Краснорусский, стр. 67. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012155277A (en) 2014-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yang et al. A giant magneto resistive (GMR) effect based current sensor with a toroidal magnetic core as flux concentrator and closed-loop configuration
Stupakov System for controllable magnetic measurement with direct field determination
Yang et al. A new compact fluxgate current sensor for AC and DC application
CN104851580B (en) Gapped core-type Rogowski coil transformer based on magnetic potentiometer compensation
CN205826736U (en) A kind of high accuracy single-turn cored structure formula electric current Online Transaction Processing
CN103344926B (en) A kind of magnetoelectric material magnetic performance synchronous testing device
CN102645640A (en) Method for measuring ferromagnetic element residual magnetic flux by using direct current method
Meredith et al. Application of a SQUID magnetometer to NMR at low temperatures
RU2530463C2 (en) Method of magnetic moment measurement at samples with superconducting quantum interference device
CN210803568U (en) Alternating current sensor
CN106546348A (en) A kind of superconducting coil temperature measuring equipment
CN105548668B (en) A kind of method for measuring superconductor critical current density
Ma et al. Rogowski coil for current measurement in a cryogenic environment
Quach et al. Low temperature magnetic properties of Metglas 2714A and its potential use as core material for EMI filters
CN102998522B (en) A kind of current measuring device and method
Doan et al. Magnetization measurement system with giant magnetoresistance zero-field detector
Swanson et al. Diaphragm magnetometer for dc measurements in high magnetic fields
RU2613588C1 (en) Method of determining magnetising field strength in magnetometers with superconducting solenoid
CN109597007A (en) Half open type device, measuring system and measurement method for the detection of non-orientation silicon steel magnetic property
RU143663U1 (en) DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC CONDUCTIVITY OF A LIQUID
Boley et al. Capacitance bridge measurements of magnetostriction
RU122777U1 (en) DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC CONDUCTIVITY OF A LIQUID
Prasad et al. A versatile AC mutual inductance bridge
RU2381516C1 (en) Hysteresis loop recorder
Das et al. Innovative instrumentation to measure magnetic susceptibility

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171220