RU39718U1

RU39718U1 - SQUID MAGNETOMETER - GRADIOMETER

Info

Publication number: RU39718U1
Application number: RU2004109364/22U
Authority: RU
Inventors: Г.М. Серопян; С.А. Сычев; А.Б. Муравьев; А.А. Скутин; В.В. Семочкин; Н.И. Борменков; А.В. Ступак
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2004-08-10

Abstract

1. СКВИД магнитометр-градиометр, изготовленный на одном слое ВТСП пленки толщиной 30-100 нм, сформированной на изолирующей подложке, содержащий входной контур и измерительный контур, отличающийся тем, что измерительный контур состоит из 50 джозефсоновских структур и гальванически связан с входным контуром, представляющим собой два равных витка из сверхпроводящей пленки, включенных навстречу друг другу, на центральной перемычке которых расположены 50 джозефсоновских структур, включающих 51 слабую связь и 50 контуров квантования, а на внешней части подложки размещен экранирующий контур.2. СКВИД магнитометр-градиометр по п.1, отличающийся тем, что входной контур имеет контакты для ввода тока смещения и потенциальные контакты при работе в режиме ПТ-СКВИДа.1. SQUID magnetometer-gradiometer, made on a single layer of HTSC film 30-100 nm thick, formed on an insulating substrate, containing an input circuit and a measuring circuit, characterized in that the measuring circuit consists of 50 Josephson structures and is galvanically connected to the input circuit, representing These are two equal turns of a superconducting film, turned towards each other, on the central jumper of which there are 50 Josephson structures, including 51 weak coupling and 50 quantization loops, and on the outer h Part of the substrate is a shielding circuit. 2. SQUID magnetometer-gradiometer according to claim 1, characterized in that the input circuit has contacts for inputting bias current and potential contacts when operating in PT-SQUID mode.

Description

Полезная модель относится к электронным устройствам, использующим высокочувствительные системы на базе пленочных высокотемпературных СКВИДОВ. Она может быть использована при создании высокочувствительных датчиков магнитного потока и детекторов электромагнитного поля, применена для регистрации магнитокардиограмм в медицине, в геофизике, в экологии, для контроля магнитных примесей в нефтепродуктах.The utility model relates to electronic devices using highly sensitive systems based on high-temperature SQUID film. It can be used to create highly sensitive magnetic flux sensors and electromagnetic field detectors, used to record magnetocardiograms in medicine, in geophysics, in ecology, and to control magnetic impurities in oil products.

В настоящее время в СКВИДах при создании джозефсоновских структур можно выделить группы слабых связей, сформированных на межзеренных границах, а также однослойные и многослойные структуры. К однослойным структурам относятся джозефсоновские переходы, сформированные на бикристаллической подложке, имеющие биэпитаксиальный характер границы и ступенчато-торцевые (step-edge) переходы. К однослойным структурам относятся также микромостики т.е. монокристаллические слабые связи размеры которых сравнимы с длиной когерентности в ВТСП. К многослойным структурам относятся переходы торцевого типа (edgej unctions), вертикальные сэндвичи, горизонтальные сэндвичи.Currently, in the creation of Josephson structures in SQUIDs, it is possible to distinguish groups of weak bonds formed at grain boundaries, as well as single-layer and multi-layer structures. Single-layer structures include Josephson junctions formed on a bicrystal substrate, which have a biepitaxial character of the boundary and step-edge transitions. Single-layer structures also include microbridges i.e. single-crystal weak bonds whose sizes are comparable with the coherence length in HTSC. Multilayer structures include edge-type transitions (edgejunctions), vertical sandwiches, horizontal sandwiches.

При формировании бикристаллических слабых связей искусственная граница образуется при эпитаксиальном выращивании пленки на бикристал-лической подложке, две половинки которой имеют разориентированные кристаллические решетки. (Заявка JP 6080845 В4, МПК 5 H 01 L 39/24). (Proc. ASC 96. Pittsburgh. USA, Preprinnt EKC-5, to appear in IEEE Trans. Appl. When bicrystalline weak bonds are formed, an artificial boundary is formed during epitaxial film growth on a bicrystalline substrate, the two halves of which have misoriented crystal lattices. (Application JP 6080845 B4, IPC 5 H 01 L 39/24). (Proc. ASC 96. Pittsburgh. USA, Preprinnt EKC-5, to appear in IEEE Trans. Appl.

Supercond. 7(1997). Слабые связи типа мостика Дайема организованы на бик-ристаллической подложке SrTiO₃ или NdGaO₃ с 24° и 36.8° на границе разориентации кристаллических структур подложки, на которой изготовлен датчик-магнитометр или градиометр на базе СКВИДОВ на YBaCuO пленках толщины d=30+200 нм с критическим током при Т=77,6 К, до j_c=10⁵A/cм². СКВИД расположен внутри приемного контура магнитометра или между расположенных в одной плоскости приемных контуров градиометра. Контур магнитометра имеет размер 5×5 мм, а контуры градиометра имеют размеры 5×10 мм. Однако при формировании интерферометров на пленках такого качества возникает ряд проблем, так как при изготовлении мостиков дайcмовского типа на пленках с типичным средним размером сверхпроводящих гранул в несколько микрон в областях концентрации тока оказывается большое число не сверхпроводящих границ, "прозрачных" для магнитного поля. Это приводит к появлению множества контуров квантования, шум которых не позволяет реализовать магнитометр с высокой чувствительностью и малым шумом.Supercond. 7 (1997). Weak bonds of the Dayme bridge type are organized on a SrTiO ₃ or NdGaO ₃ bicrystal substrate with 24 ° and 36.8 ° at the boundary of the disorientation of the crystal structures of the substrate, on which a magnetometer or gradiometer based on SQUIDs on YBaCuO films of thickness d = 30 + 200 nm was fabricated with a critical current at T = 77.6 K, up to j _c = 10 ⁵ A / cm ² . SQUID is located inside the receiver loop of the magnetometer or between the receiver loops of the gradiometer located in the same plane. The magnetometer contour has a size of 5 × 5 mm, and the gradiometer contours have dimensions of 5 × 10 mm. However, the formation of interferometers on films of this quality raises a number of problems, since in the manufacture of Daimm type bridges on films with a typical average size of superconducting granules of several microns, a large number of non-superconducting boundaries “transparent” to the magnetic field appear in the current concentration regions. This leads to the appearance of many quantization loops, the noise of which does not allow to realize a magnetometer with high sensitivity and low noise.

Известен СКВИД градиометр с контурами из высокотемпературного сверхпроводника. (Заявка DE 449297А1, МПК 6 Н 01 L 39/22). СКВИД-градиометр на однослойном высокотемпературном сверхпроводнике имеет два одинаковых симметрично включенных приемных контура, связанные через контур связи гальванически с измерительным контуром СКВИДА постоянного тока. Элементы джозефсона этого ПТ-СКВИДА должны иметь настолько большую критическую плотность тока, чтобы магнитный поток Земли был меньше кванта потока. Плоскости приемных контуров должны быть покрыты слоем нормально проводящего металла такой проводимости, чтобы отражались только высокочастотные экранирующие токи. Недостатком этого устройства является необходимость создания слабых связей с большим критическим током, что ведет к снижению точности измерения Known SQUID gradiometer with circuits of high-temperature superconductor. (Application DE 449297A1, IPC 6 H 01 L 39/22). A SQUID gradiometer on a single-layer high-temperature superconductor has two symmetrically connected receiving circuits connected galvanically to the DC SQUID measurement loop through a coupling circuit. The Josephson elements of this PT-SQUID should have a critical current density so large that the Earth’s magnetic flux is less than the flux quantum. The planes of the receiving circuits should be coated with a layer of normally conducting metal of such conductivity that only high-frequency screening currents are reflected. The disadvantage of this device is the need to create weak connections with a large critical current, which leads to a decrease in measurement accuracy

магнитного потока до уровня поля Земли или ведет к необходимости созданию дополнительных устройств разделяющих эти поля.magnetic flux to the level of the Earth’s field or leads to the need to create additional devices separating these fields.

Известен также высокосимметричный ПТ-СКВИД градиометр с проводящими цепями из высокотемпературного сверхпроводника. (Заявка ДЕ 19509230А1,МПК 6 H 01 L 39/22).Also known is a high-symmetry PT-SQUID gradiometer with conductive circuits of a high-temperature superconductor. (Application DE 19509230A1, IPC 6 H 01 L 39/22).

Градиометр содержит два приемных контура, включенных параллельно центральной перемычке и имеющих одинаковые первые площади, он связан гальванически с центральной перемычкой. ПТ-СКВИД установлен на нижней подложке. На второй подложке находится цепь еще двух одинаковых приемных контуров, представляющая собой второй градиометр, имеющий относительно большую площадь. Расположенные на своих подложках приемные контуры методами техники интегральных схем объединены в единый элемент с примыканием вдоль своих отрезков и индуктивно связаны с друг с другом.The gradiometer contains two receiving circuits connected in parallel with the central jumper and having the same first areas, it is galvanically connected to the central jumper. PT-SQUID is mounted on the bottom substrate. On the second substrate is a chain of two more identical receiving circuits, which is a second gradiometer with a relatively large area. The receiving circuits located on their substrates by integrated circuit techniques are combined into a single element adjacent to their segments and are inductively coupled to each other.

Недостатком этого устройства является необходимость создания диэлектрического слоя при наложении двух схем друг на друга, а по линии примыкания не исключена возможность возникновения паразитных слабых связей с критическими токами, меньшими 1 с мостиков. То есть могут появиться дополнительные контуры квантования, существенно ухудшающие работу интерферометра.The disadvantage of this device is the need to create a dielectric layer when superimposing two circuits on top of each other, and along the contact line the possibility of spurious weak connections with critical currents less than 1 from the bridges is possible. That is, additional quantization loops may appear, significantly impairing the operation of the interferometer.

Известны многоконтурные СКВИД магнитометры опубликованные в журнале /LEEE TRANSACTION ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, VOL.3, NO 1, MARCH 1993/, статья / Detection of magnetic flux with superconducting quantum interference gratings/. В статье представлены результаты исследований вольт-потоковых характеристик 2х, 4х, 10и-контурных СКВИДов, соединенных параллельно и экспериментально доказано, что их чувствительность возрастает пропорционально количеству слабых связей, а шумовые характеристики уменьшаются, благодаря компенсации встречных шумовых потоков на симметричных контурах. Known multi-circuit SQUID magnetometers published in the journal / LEEE TRANSACTION ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, VOL. 3, NO 1, MARCH 1993 /, article / Detection of magnetic flux with superconducting quantum interference gratings /. The article presents the results of studies of the volt-flow characteristics of 2x, 4x, 10i-loop SQUIDs connected in parallel and experimentally proved that their sensitivity increases in proportion to the number of weak links, and noise characteristics decrease due to compensation of counter noise flows on symmetrical circuits.

Недостатками этого устройства является то, что СКВИД магнитометры изготовлены из металлического низкотемпературного сверхпроводника и работают только при температурах жидкого геллия, во входном контуре не предусмотрены способы фильтрации шума, а также в этих устройствах наводится дополнительный шумовой сигнал при использовании металлических антенных контуров не в сверхпроводящем состоянии.The disadvantages of this device is that SQUID magnetometers are made of a metal low-temperature superconductor and operate only at liquid helium temperatures, no noise filtering methods are provided in the input circuit, and an additional noise signal is induced in these devices when using metal antenna loops in a non-superconducting state.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели по конструктивному выполнению является СКВИД-магнитометр на высокотемпературных пленках (патент РФ2184407 МПК H 01 L 39/22, опубл. 27.06.02). Сверхпроводящий квантовый магнитометр содержит измерительный контур, включающий в себя ПТ-СКВИД с двумя джозефсоновскими мостиками и одним измерительным контуром квантования, трансформатор магнитного потока, представляющий собой приемный контур, контур связи и контур модуляции и обратной связи. Вся схема изготовлена на одном слое ВТСП эпитаксиальной или монокристаллической пленки толщиной 30-100 нм, сформированной на изолирующей подложке, например SrТiO₃, LаАlO₃, Аl₂О₃.Closest to the claimed utility model for structural embodiment is a SQUID magnetometer on high temperature films (RF patent 21214040 IPC H 01 L 39/22, publ. 27.06.02). A superconducting quantum magnetometer contains a measuring circuit, including a PT-SQUID with two Josephson bridges and one quantization measuring circuit, a magnetic flux transformer, which is a receiving circuit, a communication circuit, and a modulation and feedback loop. The entire circuit is fabricated on a single HTSC layer of an epitaxial or single crystal film 30-100 nm thick formed on an insulating substrate, for example, SrТiO ₃ , LaAlO ₃ , Al ₂ O ₃ .

Контуры модуляции и обратной связи, приемный контур отделены друг от друга линиями изоляции. Измерительный контур квантования сформирован в центре подложки. Часть измерительного контура квантования, не содержащая элементов джозефсона, непосредственно контактирует с контуром связи, витки которого благодаря линии изоляции включены навстречу друг другу. Приемный контур, представляющий собой трансформатор магнитного потока, окружает часть контура связи расположенного вокруг измерительного контура квантования. На удаленной от измерительного контура части контура связи размещены электроды тока смещения. В контуре модуляции и обратной связи размещены электроды тока модуляции, также удаленные от измерительного и приемного контуров. Для надежного малошумящего электрического контакта при включении магнитометра в измерительную схему и устранения деградации сверхпроводящих свойств пленок, на The modulation and feedback loops, the receiver loop are separated from each other by isolation lines. A quantization measurement loop is formed at the center of the substrate. The part of the quantization measuring loop that does not contain Josephson elements is in direct contact with the communication loop, the turns of which, thanks to the isolation line, are turned towards each other. The receiving circuit, which is a magnetic flux transformer, surrounds part of the communication loop located around the quantization measurement loop. On the part of the communication circuit remote from the measuring circuit, bias current electrodes are located. The modulation and feedback loops contain the modulation current electrodes, also remote from the measuring and receiving loops. For reliable low-noise electrical contact when the magnetometer is included in the measuring circuit and to eliminate the degradation of the superconducting properties of the films,

подложку в местах будущего расположения контактных электродов наносится подслой золота или платины.a substrate in the future location of the contact electrodes is applied a sublayer of gold or platinum.

Достоинством этого устройства является стабильность работы, надежность и воспроизводимость характеристик, однако он не обеспечивает работу в режиме градиометра и необходимую точность измерений при уровне сигнала 10^-5-10^-6 Ф₀ т.е. на предельных значениях динамического диапазона измерений. из-за малой амплитуды выходного сигнала. Кроме того, то что внешний контур модуляции и обратной связи, также является экранирующем контуром от внешних электрических и магнитных помех окружающей среды, приводит к тому, что уровень шумового сигнала (не экранированного) возрастает до величины сигнала модуляции, так как он изготовлен из сверхпроводящей пленки представляющей собой единый проводник. Далее по линиям изоляции не исключена возможность возникновения паразитных слабых связей туннельного типа с критическими токами, сравнимых с 1 с мостиков, значит могут появиться дополнительные контуры квантования, существенно ухудшающие работу интерферометра.The advantage of this device is its stability, reliability and reproducibility of characteristics, however, it does not provide operation in the gradiometer mode and the necessary measurement accuracy at a signal level of 10 ^-5 -10 ^-6 F ₀ i.e. at the limit values of the dynamic range of measurements. due to the small amplitude of the output signal. In addition, the fact that the external modulation and feedback loop is also a shielding loop from external electric and magnetic environmental noise leads to the fact that the level of the noise signal (not shielded) increases to the value of the modulation signal, since it is made of a superconducting film representing a single conductor. Further along the insulation lines, the possibility of spurious weak tunnel-type bonds with critical currents comparable to 1 from the bridges is possible, which means that additional quantization loops may appear that significantly impair the interferometer's operation.

При разработке заявляемой полезной модели была поставлена задача создания высокочувствительного СКВИД магнитометра-градиометра на тонких сверхпроводящих YBaCuO пленках высокого качества, за счет увеличения амплитуды его выходного сигнала и повышения чувствительности на предельных значениях динамического диапазона измерений, повышения точности измерений, стабильности и надежности работы.In developing the claimed utility model, the task was to create a high-sensitivity SQUID magnetometer-gradiometer on thin superconducting YBaCuO films of high quality by increasing the amplitude of its output signal and increasing sensitivity at the limiting values of the dynamic range of measurements, increasing the accuracy of measurements, stability and reliability.

Указанный технический результат достигается тем, что СКВИД магнитометр-градиометр на высокотемпературных пленках, изготовлен на одном слое ВТСП пленке, толщиной 30-100 нм, сформированной на изолирующей подложке, содержит входной контур и измерительный контур, состоящий из 50 джозефсоновских структур, включающих 51 слабую связь и 50 измерительных контуров квантования, а также внешний экранирующий контур.The specified technical result is achieved by the fact that the SQUID magnetometer-gradiometer on high-temperature films, made on a single layer of HTSC film, 30-100 nm thick, formed on an insulating substrate, contains an input circuit and a measuring circuit consisting of 50 Josephson structures, including 51 weak bonds and 50 quantization measurement loops, as well as an external shielding loop.

СКВИД с 50 джозефсоновскими структурами через сверхпроводящую пленку контактирует с входным контуром, представляющим собой два равных витка из сверхпроводящей пленки, включенных навстречу друг другу, на центральной перемычке которых, расположены 50 джозефсоновских структур, которые гальванически связаны с входным контуром, а на внешней части подложки размещен экранирующий контур. Для ввода тока смещения и тока модуляции используются внешние прижимные или паяные контакты, индуктивно не связанные с приемным контуром и выполненные из золота или платины, при этом устраняются внешние шумовые сигналы от подводящих электродов из нормального металла.SQUID with 50 Josephson structures through a superconducting film is in contact with the input circuit, which is two equal turns of the superconducting film, turned towards each other, on the central jumper of which are 50 Josephson structures that are galvanically connected to the input circuit, and placed on the outer part of the substrate shielding circuit. To enter the bias current and the modulation current, external clamping or soldered contacts are used, inductively not connected to the receiving circuit and made of gold or platinum, while eliminating external noise signals from the supply electrodes of normal metal.

При таком выполнении СКВИД магнитометра-градиометра увеличивается амплитуда выходного сигнала (как на дифракционной решетке) и повышается чувствительность на предельных значениях динамического диапазона измерений. При этом повышается точность измерения благодаря увеличению отношения сигнал / шум 50 параллельно расположенных джозефсоновских структур, кроме того повышается стабильность работы и надежность за счет взаимозаменяемости каждой пары, а дополнительный внешний контур экранирует от внешних электрических и магнитных помех так как он изготовлен из сверхпроводящей пленки.With this embodiment, the SQUID magnetometer-gradiometer increases the amplitude of the output signal (as on a diffraction grating) and increases the sensitivity at the limiting values of the dynamic range of measurements. At the same time, the measurement accuracy is improved due to an increase in the signal-to-noise ratio of 50 parallel Josephson structures, in addition, the stability and reliability are improved due to the interchangeability of each pair, and the additional external circuit shields from external electrical and magnetic interference since it is made of a superconducting film.

На фиг. представлен заявляемый СКВИД магнитометр-градиометр на высокотемпературных пленках.In FIG. The inventive SQUID magnetometer-gradiometer on high-temperature films is presented.

Сверхпроводящий квантовый магнитометр-градиометр содержит СКВИД с 50 джозефсоновскими структурами, состоящими из слабых связей в виде мостиков Даема 1-51 (шириной 2-3 мкм) или любые другие типы слабых связей и 50 измерительных контуров квантования 52-101, входной контур, представляющий собой трансформатор магнитного потока, состоящим из двух одинаковых симметричных витков 102-103 и внешний экранирующий контур 108, окружающий оба витка входного контура и все джозеф-соновские структуры 1-101. Вся схема изготовлена на одном слое ВТСП A superconducting quantum magnetometer-gradiometer contains a SQUID with 50 Josephson structures consisting of weak bonds in the form of Give bridges 1-51 (2-3 microns wide) or any other types of weak bonds and 50 measuring quantization loops 52-101, the input circuit representing a magnetic flux transformer consisting of two identical symmetrical coils 102-103 and an external shielding circuit 108 surrounding both coils of the input circuit and all Josephson structures 1-101. The whole circuit is made on a single HTS layer

эпитаксиальной или монокристаллической пленки толщиной 30-100 нм, сформированной на изолирующей подложке 109, например SrTiO₃, LaAlO₃, Al₂O₃. Измерительные контура квантования расположенны в центре подложки 109. При работе в режиме ПТ-СКВИДа используются размещенные по углам входного контура четыре электрода 104-107. Для надежного малошумящего электрического контакта при включении магнитометра в измерительную схему и устранения деградации сверхпроводящих свойств пленок на подложку в местах будущего расположения электродов наносится подслой золота или платины. Внешний экранирующий контур 108 из ВТСП пленки позволяет дополнительно снижать уровень шумового сигнала. При работе в режиме ВЧ-СКВИДа ток смещения вводится через внешнюю индуктивность.epitaxial or monocrystalline film thickness of 30-100 nm, formed on an insulating substrate 109 such as SrTiO _3, LaAlO _3, Al ₂ O _3. The quantization quantization loops are located in the center of the substrate 109. When operating in the PT-SQUID mode, four electrodes 104-107 located at the corners of the input loop are used. For reliable low-noise electrical contact, when the magnetometer is included in the measuring circuit and the degradation of the superconducting properties of the films is eliminated, a sublayer of gold or platinum is applied to the substrate in the places of the future location of the electrodes. An external shielding circuit 108 made of HTSC film further reduces the noise signal level. When operating in RF-SQUID mode, the bias current is introduced through an external inductance.

Пленку YBaCuO напыляют на изолированную подложку при температуре 790-860С методом лазерного распыления. Геометрия слабых связей СКВИД магнитометр-градиометр на высокотемпературных пленках с выводами на золотые или платиновые контакты формируется методом фотолитографии и сухого травления по патенту РФ N 1823732, разработанному авторами, который имеет высокую технологическую воспроизводимость при изготовлении слабых связей шириной 1-3 мкм.The YBaCuO film is sprayed onto an insulated substrate at a temperature of 790-860 ° C by laser spraying. The geometry of weak bonds SQUID magnetometer-gradiometer on high-temperature films with leads to gold or platinum contacts is formed by the method of photolithography and dry etching according to the patent of the Russian Federation N 1823732, developed by the authors, which has high technological reproducibility in the manufacture of weak bonds with a width of 1-3 microns.

Работа СКВИД магнитомера-градиометра основана на зависимости критического напряжения на 50ти-контурном СКВИДе от величины внешнего магнитного потока, наведенного во входном контуре. Повышенная чувствительность магнитометра к изменяющемуся магнитному потоку достигается тем, что контур квантования СКВИД состоит из 50 джозефсоновских структур, а для такой системы известно, что колебания напряжения и тока в каждом из джозефсоновских переходов синхронны и связаны с внешним магнитным потоком. Поэтому напряжение при котором возникают ступеньки с током на ВАХ равно сумме напряжений отдельных переходов, т.е. оно возрастает пропорционально n, где n - колличество слабых связей, это ведет The operation of the SQUID magnetometer-gradiometer is based on the dependence of the critical voltage on the 50-loop SQUID on the magnitude of the external magnetic flux induced in the input circuit. The increased sensitivity of the magnetometer to a changing magnetic flux is achieved by the fact that the SQUID quantization circuit consists of 50 Josephson structures, and for such a system it is known that the voltage and current fluctuations in each of the Josephson junctions are synchronous and connected with an external magnetic flux. Therefore, the voltage at which steps occur with current on the I – V characteristic is equal to the sum of the voltages of the individual junctions, i.e. it increases in proportion to n, where n is the number of weak bonds, this leads

к более быстрому росту амплитуды джозефсоновской генерации от измеряемого магнитного потока. При этом мощность генерируемого сигнала растет пропорционально п квадрат, а шумовое напряжение пропорционально корню из n, и тем самым улучшается соотношение сигнал/шум. Кроме того контура квантования 52-101 гальванически связаны с симметричными витками контура связи, включенными на центральной перемычке навстречу друг другу, поэтому шумовой сигнал в них вычитается, а разностный /градиометр/ измеряемый сигнал вводится через два витка контура связи. СКВИД магнитометр-градиометр включается в стандартную схему для работы в режиме с током смещения. Изменяя его величину от нуля до требуемого уровня, можно получить на потенциальных контактах 106-107 ВАХ зависимости потенциала СКВИДа от внешнего магнитного потока. Наблюдая зависимость амплитуды напряжения выходного сигнала с контуров квантования как функцию тока смещения и входного измеряемого потока при перезахвате кванта магнитного потока Фо получаем на ВАХ ступеньки тока, которые соответствуют диапазону изменения внешнего магнитного потока равному одному кванту. Рабочая точка СКВИДа выбирается посредством задания тока смешения в интервале (l-l,3)J_c, где J_c - критический ток слабых связей. Выходной сигнал по напряжению при предложенных параметрах ПТ-СКВИД магнитометра-градиометра составлял порядка 400 мкв/Ф₀.to a faster increase in the amplitude of Josephson generation from the measured magnetic flux. In this case, the power of the generated signal increases in proportion to n square, and the noise voltage is proportional to the root of n, and thereby the signal-to-noise ratio is improved. In addition, the quantization loop 52-101 is galvanically connected to the symmetrical coils of the communication loop connected on the central jumper towards each other, so the noise signal is subtracted in them, and the difference / gradiometer / measured signal is introduced through two turns of the communication loop. SQUID magnetometer-gradiometer is included in the standard circuit for operation in bias current mode. By changing its value from zero to the required level, it is possible to obtain the dependences of the SQUID potential on the external magnetic flux at potential contacts 106–107 of the I – V characteristic. Observing the dependence of the voltage amplitude of the output signal from the quantization loops as a function of the bias current and the input measured flux while intercepting the magnetic flux quantum Фо, we obtain current steps on the I – V characteristics that correspond to the range of variation of the external magnetic flux equal to one quantum. The SQUID operating point is selected by setting the mixing current in the interval (ll, 3) J _c , where J _c is the critical current of weak bonds. The voltage output signal at the proposed PT-SQUID parameters of the magnetometer-gradiometer was about 400 μV / Ф ₀ .

Исследования шумовых характеристик магнитометров проводились при включении их в стандартную схему с замкнутой обратной связью. Коэффициент преобразования выходного напряжения следящей схемы сквида и интегратора в поток, действующий на СКВИД магнитометр-градиентометр, находился по методу определения минимального скачка напряжения при перезахвате кванта магнитного потока. Измерения шумовых характеристик образцов показали, что при частотах f=1-10⁵ Гц их энергетическая чувствительность составляет Е=10^-29-10^-31 Дж/Гц., а чувствительность по Studies of the noise characteristics of magnetometers were carried out when they were included in the standard closed-loop circuit. The conversion factor of the output voltage of the SQUID and integrator servo circuit into a flux acting on a SQUID magnetometer-gradiometer was found by the method of determining the minimum voltage jump when intercepting a magnetic flux quantum. Measurements of the noise characteristics of the samples showed that at frequencies f = 1-10 ⁵ Hz, their energy sensitivity is E = 10 ^-29 -10 ^-31 J / Hz., And the sensitivity by

магнитному потоку состовляет 10⁵-10⁶ Ф₀/Гц. Предлагаемый ПТ-СКВИД сохраняет все достоинства двухконтактного СКВИДА, но обладает при этом значительно более высоким уровнем выходного сигнала. Кроме того, внешний дополнительный контур (107) из ВТСП пленки позволяет значительно снижать уровень шумового сигнала.the magnetic flux is 10 ⁵ -10 ⁶ F ₀ / Hz. The proposed PT-SQUID retains all the advantages of a two-contact SQUID, but has a significantly higher output signal level. In addition, the external additional circuit (107) from the HTSC film can significantly reduce the level of the noise signal.

Claims

1. SQUID magnetometer-gradiometer, made on a single layer of HTSC film 30-100 nm thick, formed on an insulating substrate, containing an input circuit and a measuring circuit, characterized in that the measuring circuit consists of 50 Josephson structures and is galvanically connected to the input circuit, representing These are two equal turns of a superconducting film, turned towards each other, on the central jumper of which there are 50 Josephson structures, including 51 weak coupling and 50 quantization loops, and on the outer h Part of the substrate is a shielding circuit.

2. SQUID magnetometer-gradiometer according to claim 1, characterized in that the input circuit has contacts for inputting bias current and potential contacts when operating in PT-SQUID mode.