WO1998023969A2 - ANORDNUNG ZUR ANKOPPLUNG EINES rf-SQUID AN EINEN SUPRALEITENDEN TANKSCHWINGKREIS - Google Patents

ANORDNUNG ZUR ANKOPPLUNG EINES rf-SQUID AN EINEN SUPRALEITENDEN TANKSCHWINGKREIS Download PDF

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Jürgen Schubert
Yi Zhang
Willi Zander
Marko Banzet
Huai-Ren Yi
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    • 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
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    • Y10S505/825—Apparatus per se, device per se, or process of making or operating same
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    • Y10S505/843—Electrical
    • Y10S505/845—Magnetometer
    • Y10S505/846—Magnetometer using superconductive quantum interference device, i.e. squid

Definitions

  • the present invention relates to an arrangement for coupling an rf-SQUID to a superconducting tank resonant circuit and to a base plate, in which the tank resonant circuit and the rf-SQUID form a coplanar structure and the tank resonant circuit has a slot.
  • a ⁇ resonator to which an rf-SQUID is galvanically coupled and which also functions as a flow pickup loop.
  • a SQUID magnetometer can have a tank frequency of 3 GHz.
  • ⁇ resonator is problematic since it only shows a low quality of a few 100. In view of the qualities of a few 1000 already achieved with the ⁇ / 2 resonators, this represents a very small size.
  • a parameter that is difficult to calculate namely the high-frequency current distribution, must also be taken into account due to the galvanic coupling , to considerable problems.
  • the high-frequency current distribution is a variable that is not easy to calculate or experimentally control. The SQUID layout is therefore difficult to optimize.
  • planar LC resonant circuits from YBaCuO thin films with high frequency and high quality. These LC resonant circuits are operated in a flip-chip arrangement with the rf-SQUID in a washer-SQUID structure.
  • the parasitic Capacities between the LC resonant circuit and the rf-SQUID reduce the quality of the LC resonant circuit and make the current distribution in the combined LC resonant circuit / washer-SQUID structure complicated.
  • the object of the present invention is therefore to create an arrangement which eliminates the above problems when coupling an rf-SQUID magnetometer to a superconducting resonant circuit.
  • the base plate is designed as an outer loop coplanar with the rf-SQUID and the tank resonant circuit and has a slot
  • the tank resonant circuit comprises an inner loop in which the slot is formed and the orientation of the Slits of the inner loop and the outer loop to each other determines the resonance frequency f r .
  • the arrangement according to the invention relates to the possibility of an advantageous, optimal coupling of an rf-SQUID to a tank resonant circuit and a base plate which does not have the disadvantages mentioned at the outset.
  • the tank frequency can be adjusted in a simple manner depending on the geometry and thus offers a significant advantage, for example: B. when building a multi-channel SQUID Systems for medical applications.
  • noise caused by the base plate can be suppressed.
  • the fully integrated arrangement enables a simple estimation of the coupling between the rf-SQUID and the tank circuit.
  • a defined superconducting short circuit is installed between the rf-SQUID and the tank circuit.
  • the resonance frequency of the resonance circuit increases with decreasing dimension. Above a cut-off frequency of 1 GHz, the SQUID electronics required become very complex and expensive.
  • the defined superconducting short circuit significantly reduces the resonance frequency, so that there is a very simple possibility of obtaining discrete frequency ranges within a span of 600 MHz by simple geometry changes, and still resonance frequencies of up to 500 MHz with very small dimensions. These discrete frequencies are a necessary prerequisite for the implementation of a multi-channel HTSL SQUID system.
  • a flux transformer is integrated in the arrangement in order to further increase the magnetic field sensitivity of an rf-SQUID.
  • the flux transformer comprises a coupling coil which is short-circuited. This results in a decoupling of two forms of current that are ex- act. The two forms of current differ in their high and low frequencies.
  • the decoupling eliminates the parasitic contributions of the high-frequency current that occur at the crossovers of the flux transformer. In the decoupled state, only low-frequency current flows through the crossings.
  • Another advantage according to claim 16 is that the field direction of the insert loop is opposite to the field direction of the coupling coil. This amplifies the SQUID signal in this geometry.
  • La shows a schematic view of a first geometry of a SQUID magnetometer with a base plate designed as a coplanar loop according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 1b shows a schematic view of a second geometry of a SQUID magnetometer with a base plate designed as a coplanar loop according to the first embodiment of the present invention
  • 1c shows a schematic view of a third geometry of a SQUID magnetometer with a base plate designed as a coplanar loop according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a diagram of a test measurement with a geometry according to FIG. 3a shows a schematic view of a SQUID magnetometer without a built-in short circuit;
  • 3b shows a schematic view of a SQUID magnetometer according to a second embodiment of the present invention with a built-in short circuit and with a first geometry
  • 3c shows a schematic view of a SQUID magnetometer according to a second embodiment of the present invention with built-in short circuit and with a second geometry
  • 3d shows a schematic view of a SQUID magnetometer according to a second embodiment with a built-in short circuit and with a third geometry
  • 4a and 4b show a basic illustration of an rf-SQUID with a planar tank resonant circuit and a base plate;
  • FIG. 5 shows a schematic top view of an rf-SQUID and a tank resonant circuit without a coplanar base plate
  • FIG. 6 shows a schematic top view of a single-layer flux transformer with a base plate designed as a coplanar loop according to the present invention
  • Fig. 7 is a schematic view of a single-layer flux transformer with a base plate designed as a coplanar loop and a multi-layer flux transformer according to the present
  • FIG. 8 shows a schematic view of a single-layer flux transformer with a base plate designed as a coplanar loop and a multi-layer flux transformer with short circuit according to the present invention
  • Fig. 9 is a schematic plan view of a gradiometer SQUID or two-hole SQUID.
  • FIG. 4a and 4b each show a tank resonant circuit 1 and an rf-SQUID magnetometer 2 with planar resonant circuits and ⁇ / 2 or ⁇ resonators which are coupled to a base plate 10 made of metal or superconductor material.
  • the tank resonant circuit 1 with integrated SQUID 2 and the base plate 10 cannot be arranged in one plane.
  • the base plate 10 represents a possible source of noise, which can restrict the use of an rf-SQUID magnetometer 2.
  • FIG. 5 shows a tank resonant circuit 1 with a rf-SQUID magnetometer 2 arranged coplanarly without a base plate 10.
  • FIG. 1a to 1c schematically show an arrangement according to the invention in a first embodiment, in which the base plate 10 is designed as a coplanar arrangement in the form of an outer loop 10a.
  • the tank resonant circuit 1, the SQUID 2 and the base plate 10 can be arranged in one plane.
  • FIGS. 1 a, 1 b and 1 c each show a different geometry of a SQUID magnetometer 2, which is present as a rf resonant circuit with a coplanar arrangement of an inner loop 1 a of the tank resonant circuit 1 and the outer loop 10 a of the base plate 10.
  • a further external superconducting loop 10a is added to the SQUID geometry in FIGS. 4a, 4b.
  • This loop 10a with a slot 11 represents the coplanar resonant circuit.
  • the area A in FIGS. 1 a, 1 b, 1 c can be designed as a washer, multiloop or current injection SQUID structure his. It is also possible to use this surface as a flux concentrator or flux transformer in order to combine the coplanar resonant circuit with a washer SQUID magnetometer in flip-chip geometry.
  • a great advantage of these coplanar resonant circuits 10a is the geometry-dependent resonance frequency of the resonant circuit.
  • the only difference in the geometries in Figures la to lc lies in the orientation of the slot 11 in the outer loop to the slot 4 in the inner loop la. In Fig. La both slots 4, 11 are aligned one above the other, the difference in orientation is 0 degrees or 360 degrees.
  • Figures 3b to 3d show the geometry of a coplanar resonant circuit according to a second embodiment of the present invention with a defined superconducting short circuit 5.
  • Fig. 3a the resonant circle shown without this short circuit 5.
  • superconducting short circuits 5 are installed in FIGS. 3b to 3d. These short circuits 5 are attached at 180 degrees (FIG. 3b), 90 degrees (FIG. 3c) and 360 degrees (FIG. 3d).
  • the changes in the resonance frequency in FIGS. 3b to 3d with the short circuits 5 compared to the resonance frequency without a short circuit are considerable.
  • FIG. 3b the resonant circle shown without this short circuit 5.
  • the quality is still better than Q> 5000 for all manufactured resonant circuits. Since the quality determines the coupling between the SQUID and the resonant circuit, the SQUID function is not affected by the improvement presented here.
  • FIG. 6 schematically shows a further embodiment of an arrangement according to the invention, in which the base plate 10 is designed as a coplanar arrangement in the form of an outer loop 10a and the tank resonant circuit 1 and the base plate 10 are arranged in one plane.
  • a flux transformer with an insert loop 3.1 is arranged within the tank circuit 1.
  • a gradiometer SQUID 2 or two-hole SQUID (FIG. 9) is used in such a way that the Josephson contact is positioned at the point of contact of the two washer surfaces. This SQUID 2 is applied to the flux transformer in a flip-chip arrangement.
  • Fig. 7 is within the tank circuit 1
  • Flow transformer provided that a multi-layer single-head pel coil 3.2 includes.
  • the multi-layer coupling coil 3.2 also has a crossover 6.
  • a position A (FIG. 8) provided on a capacitor 7 short circuits that decouple the two current forms, so that only low-frequency currents flow through the crossings 6 in the decoupled state.
  • the short circuits are normally conductive high-frequency metal short circuits.
  • the second superconducting loop 10a is used for high-frequency coupling between SQUID 2 and the flux transformer.
  • the high-frequency current acts here and ensures the coupling between SQUID 2 and tank resonant circuit 1. Because the field direction of the insert loop 3.1 and the multi-layer coil 3.2 are exactly opposite, the SQUID signal is amplified in this geometry.

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Abstract

In einer Anordnung zur Ankopplung eines rf-SQUID an einen supraleitenden Tankschwingkreis und an eine Grundplatte, in welcher der Tankschwingkreis und das rf-SQUID eine koplanare Struktur bilden und der Tankschwingkreis einen Schlitz aufweist, ist die Grundplatte (10) als äußere Schleife (10a) koplanar zu dem rf-SQUID (2) und dem Tankschwingkreis (1) ausgebildet und weist einen Schlitz (11) auf und umfaßt der Tankschwingkreis (1) eine innere Schleife (1a), in welcher der Schlitz (4) ausgebildet ist, wobei die Orientierung der Schlitze (4; 11) der inneren Schleife (1a) und der äußeren Schleife (10a) zueinander die Resonanzfrequenz fr bestimmt.

Description

Anordnung zur Ankopplung eines rf-SQUID an einen supraleitenden Tankschwingkreis
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ankopplung eines rf-SQUID an einen supraleitenden Tankschwingkreis und an eine Grundplatte, in welcher der Tank- schwingkreis und das rf-SQUID eine koplanare Struktur bilden und der Tankschwingkreis einen Schlitz aufweist.
Verschiedene Vorschläge sind bisher verfolgt worden, rf- SQUID-Magnetometer an supraleitende Tankschwingkreise anzukoppeln.
Eine Möglichkeit besteht darin, einen λ- Resonator zu verwenden, an den ein rf-SQUID galvanisch angekoppelt ist und der gleichzeitig als ein Fluß-Pickup-Loop funktioniert. Ein solches SQUID-Magnetometer kann eine Tankfrequenz von 3 GHz haben.
Der Einsatz eines λ-Resonators ist allerdings problematisch, da dieser nur eine geringe Güte von einigen 100 zeigt. Dies stellt in Anbetracht der schon mit den λ/2- Resonatoren erreichten Güten von einigen 1000 eine recht geringe Größe dar. Darüber hinaus führt auch die Tatsache, daß durch die galvanische Kopplung ein schwer zu kalkulierender Parameter, nämlich die Hochfrequenzstromverteilung, mit berücksichtigt werden muß, zu beträchtlichen Problemen. Die Hochfrequenzstro verteilung stellt eine nicht einfach zu berechnende oder experimentell zu kontrollierende Größe dar. Das SQUID-Layout ist daher schwer zu optimieren.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, planare LC- Schwingkreise aus YBaCuO-Dünnschichten mit hoher Frequenz und hoher Güte herzustellen. Diese LC-Schwingkreise werden in einer flip-chip-Anordnung mit dem rf-SQUID in washer- SQUID-Struktur betrieben. Die dabei auftretenden parasitä- ren Kapazitäten zwischen dem LC-Schwingkreis und dem rf- SQUID verringern die Güte des LC-Schwingkreises und machen die Stromverteilung in der kombinierten LC-Schwingkreis -/ washer-SQUID-Struktur kompliziert.
In der noch unveröffentlichten Anmeldung 196 11 900.6 hat die Anmelderin die eingangs genannte Anordnung beschrieben. Diese löst das Problem der parasitären Kapazitäten. Nach wie vor besteht aber das Problem, daß aufgrund der Tatsa- ehe, daß die koplanar angeordneten rf-SQUID und Tankschwingkreis nicht mit der Grundplatte in einer Ebene angeordnet werden können und die Grundplatte außerdem eine mögliche Rauschquelle darstellt, die den Einsatz eines rf- SQUID-Magnetometers einschränken kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Anordnung zu schaffen, die beim Ankoppeln eines rf-SQUID- Magnetometers an einen supraleitenden Schwingkreis das oben stehende Probleme beseitigt.
Die Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 dadurch gelöst, daß die Grundplatte als äußere Schleife koplanar zu dem rf-SQUID und dem Tankschwingkreis ausgebildet ist und einen Schlitz aufweist, und daß der Tankschwingkreis eine innere Schleife umfaßt, in welcher der Schlitz ausgebildet ist und die Orientierung der Schlitze der inneren Schleife und der äußeren Schleife zueinander die Resonanzfrequenz fr bestimmt.
Die erfindungsgemäße Anordnung bezieht sich auf die Mög- lichkeit einer vorteilhaften, optimalen Ankopplung eines rf-SQUID an einen Tankschwingkreis und eine Grundplatte, die die eingangs genannten Nachteile nicht aufweist. Mit der vollintegrierten Anordnung von rf-SQUID, Tankschwingkreis und Grundplatte und der Ausbildung bzw. Orientierung der Schlitze im rf-SQUID und in der Grundplatte gemäß Anspruch 1 läßt sich die Tankfrequenz in einfacher Weise geo- metrieabhängig einstellen und bietet somit einen wesentlichen Vorteil z. B. beim Aufbau eines Mehrkanal-SQUID- Systems für medizinische Anwendungen. Darüber hinaus kann ein durch die Grundplatte bedingtes Rauschen unterdrückt werden.
Zudem ermöglicht die vollintegrierte Anordnung eine einfache Abschätzung der Kopplung zwischen dem rf-SQUID und dem Tankschwingkreis .
Gemäß Anspruch 2 ist es von Vorteil, daß eine Verstellung der Schlitze zueinander eine Änderung der Resonanzfrequenz f__ 300< Mhz bewirkt.
Ein weiterer Vorteil gemäß Anspruch 3 liegt darin, daß ein definierter supraleitender Kurzschluß zwischen dem rf-SQUID und dem Tankschwingkreis eingebaut ist. Die Resonanzfreque- unz des Resonanzkreises nimmt nämlich mit abnehmender Dimension zu. Oberhalb einer Grenzfrequenz von 1 GHz wird die benötigte SQUID-Elektronik aber sehr aufwendig und teuer. Durch den definierten supraleitenden Kurzschluß wird die Resonanzfrequenz deutlich herabgesetzt, so daß sich eine sehr einfache Möglichkeit ergibt, durch einfache Geometrieänderung diskrete Frequenzbereiche innerhalb einer Spanne von 600 MHz, und bei sehr kleinen Dimensionen immer noch Resonanzfrequenzen bis 500 Mhz, zu erhalten. Diese diskreten Frequenzen sind für die Realisierung eines Mehr- kanal-HTSL-SQUID-Systems eine notwendige Voraussetzung.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die Merkmale der Unteransprüche 4 bis 12 erhalten.
Gemäß Anspruch 13 ist es von Vorteil, daß in die Anordnung ein Flußtransformator integriert ist, um die Magnetfeldempfindlichkeit eines rf-SQUID noch weiter zu steigern.
Ein weiterer Vorteil gemäß Anspruch 14 besteht darin, daß der Flußtransformator eine Einkoppelspule umfaßt, die kurzgeschlossen ist. Dadurch findet eine Entkopplung von zwei Stromformen statt, die in einer solchen Anordnung ex- istieren. Die beiden Stromformen unterscheiden sich in ihren hohen und niedrigen Frequenzen. Durch die Entkopplung verschwinden die parasitären Beiträge des Hochfrequenzstromes, die an den Überkreuzungen des Flußtransformators entstehen. Im entkoppelten Zustand fließt über die Überkreuzungen nur niederfrequenter Strom.
Gemäß Anspruch 15 ist es von besonderem Vorteil, wenn der Kurzschluß an einer bestimmten Position des Kondensator er- folgt.
Ein weiterer Vorteil gemäß Anspruch 16 besteht darin, daß die Feldrichtung der Einlageschleife entgegengesetzt zu der Feld-richtung der Einkoppelspule ist. Dadurch wird das SQUID-Signal in dieser Geometrie verstärkt.
Ausfuhrungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. la eine schematische Ansicht einer ersten Geometrie eines SQUID-Magnetometers mit einer als koplanare Schleife ausgebildeten Grundplatte gemäß der ersten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. lb eine schematische Ansicht einer zweiten Geometrie eines SQUID-Magnetometers mit einer als koplanare Schleife ausgebildeten Grundplatte gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. lc eine schematische Ansicht einer dritten Geometrie eines SQUID-Magnetometers mit einer als koplanare Schleife ausgebildeten Grundplatte gemäß der ersten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Diagramm einer Testmessung mit einer Geometrie gemäß Fig. la; Fig. 3a eine schematische Ansicht eines SQUID- Magnetometers ohne eingebauten Kurzschluß;
Fig. 3b eine schematische Ansicht eines SQUID- Magnetometers gemäß einer zweiten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung mit eingebautem Kurzschluß und mit einer ersten Geometrie;
Fig. 3c eine schematische Ansicht eines SQUID- Magnetometers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit eingebautem Kurzschluß und mit einer zweiten Geometrie;
Fig. 3d eine schematische Ansicht eines SQUID- Magnetometers gemäß einer zweiten Ausfuhrungsform mit eingebautem Kurzschluß und mit einer dritten Geometrie;
Fig. 4a und 4b eine Prinzipdarstellung eines rf-SQUID mit einem planaren Tankschwingkreis und einer Grundplatte;
Fig. 5 eine schematische Draufsicht eines rf-SQUID und eines Tankschwingkreises ohne koplanarer Grund- platte;
Fig. 6 eine schematische Draufsicht eines einlagigen Flußtransformators mit einer als koplanare Schleife ausgebildeten Grundplatte gemäß vorlieg- ender Erfindung;
Fig. 7 eine schematische Ansicht eines einlagigen Flußtransformators mit einer als koplanare Schleife ausgebildeten Grundplatte und einem mehrlagigen Flußtransformator gemäß vorliegender
Erfindung; Fig. 8 eine schematische Ansicht eines einlagigen Flußtransformator mit einer als koplanare Schleife ausgebildeten Grundplatte und einem mehrlagigen Flußtransformator mit Kurzschluß gemäß vorliegender Erfindung;
Fig. 9 eine schematische Draufsicht auf ein Gradiometer- SQUID bzw. Zweiloch-SQUID.
In Fig. 4a und 4b sind jeweils ein Tankschwingkreis 1 und ein rf-SQUID-Magnetometer 2 mit Planarschwingkreisen und λ/2- oder λ-Resonatoren dargestellt, die an eine Grundplatte 10 aus Metall oder Supraleitermaterial gekoppelt sind. Das hat zur Folge, daß der Tankschwingkreis 1 mit in- tegriertem SQUID 2 und die Grundplatte 10 nicht in einer Ebene angeordnet werden können. Außerdem stellt die Grundplatte 10 eine mögliche Rauschquelle dar, die den Einsatz eines rf-SQUID-Magnetometers 2 einschränken kann. In Fig. 5 ist ein Tankschwingkreis 1 mit einem koplanar angeordneten rf-SQUID-Magnetometer 2 ohne Grundplatte 10 dargestellt.
In Fig. la bis lc ist schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung in einer ersten Ausführungsform dargestellt, in welcher die Grundplatte 10 als eine koplanare Anordnung in Form einer äußeren Schleife 10a ausgebildet ist. Dadurch können der Tankschwingkreis 1, das SQUID 2 und die Grundplatte 10 in einer Ebene angeordnet werden.
In Figur la, lb und lc ist jeweils eine unterschiedliche Geometrie eines SQUID-Magnetometers 2 dargestellt, die mit einer koplanaren Anordnung von einer inneren Schleife la des Tankschwingkreises 1 und der äußerern Schleife 10a der Grundplatte 10 als rf-Schwingkreis vorliegt. Der SQUID- Geometrie in Figur 4a, 4b ist eine weitere außenliegende supraleitende Schleife 10a hinzugefügt. Diese Schleife 10a stellt mit einem Schlitz 11 den koplanaren Schwingkreis dar. Die Fläche A in Figur la, lb, lc kann als washer-, Multiloop- oder Strominjektion-SQUID-Struktur ausgelegt sein. Weiterhin besteht die Möglichkeit, diese Fläche als Flußkonzentrator oder Flußtransformator zu verwenden, um den koplanaren Schwingkreis mit einem washer-SQUID- Magnetometer in flip-chip Geometrie zu kombinieren.
Ein großer Vorteil dieser koplanaren Schwingkreise 10a ist die geometrieabhängige Resonanzfrequenz des Schwingkreises. Der einzige Unterschied in den Geometrien in den Figuren la bis lc liegt in der Orientierung des Schlitzes 11 in der äußeren Schleife zu dem Schlitz 4 in der inneren Schleife la. In Fig. la sind beide Schlitze 4, 11 übereinander ausgerichtet, der Orientierungsunterschied beträgt 0 Grad bzw. 360 Grad. Die Resonanzfrequenz liegt bei fE.=850 MHz. Ändert man die Orientierung auf 180 Grad (Fig. lc), so nimmt die Resonanzfrequenz auf f1_=550 MHz ab. Bei 90 Grad (Fig. lb) beträgt die Resonanzfrequenz fI_=650 MHz. Hierdurch ergibt sich eine sehr einfache Möglichkeit, diskrete Frequenzbereiche innerhalb einer Spanne von 300 MHz durch einfache Änderung der Geometrie zu erreichen. Diese diskreten Fre- quenzen sind für die Realisierung eines Mehrkanal-HTSL- Squid-Systems eine notwendige Voraussetzung.
Durch die einfache Änderung in der Geometrie des koplanaren Schwingkreises 10a wird eine Frequenzänderung der Tankfre- quenz des rf-SQUID 2 erzielt. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem bisherigen Stand der Technik speziell im Hinblick auf den Aufbau eines Mehrkanal-SQUID-Systems für zum Beispiel medizinische Anwendungen.
In Fig. 2 sind Testmessungen mit diesem Layout dargestellt, die bei einer Resonanzfrequenz des Tankschwingkreises von 850 MHz eine Güte von ca. 5000 und ein weißes Rauschen von
1.85*10~5ΦO/VHZ ergeben haben.
Die Figuren 3b bis 3d zeigen die Geometrie eines koplanaren Resonanzschwingkreises gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegender Erfindung mit einem definierten supraleitenden Kurzschluß 5. In Fig. 3a ist der Resonanzschwing- kreis ohne diesen Kurzschluß 5 dargestellt. Die Frequenz in Fig. 3a beträgt f0=l,l GHz bei einer Güte von Q>5000. In Fig. 3b bis 3d sind definierte supraleitende Kurzschlüsse 5 eingebaut. Diese Kurzschlüsse 5 sind bei 180 Grad (Fig. 3b), 90 Grad (Fig. 3c) und 360 Grad (Fig. 3d) angebracht. Die Veränderungen der Resonanzfrequenz in Fig. 3b bis 3d mit den Kurzschlüssen 5 gegenüber der Resonanzfrequenz ohne Kurzschluß ist erheblich. In Fig. 3b beträgt die Resonanzfrequenz f1=920 Mhz, in Fig. 3c beträgt die Resonanzfre- quenz f2=803MHz und in Fig. 3d beträgt die Resonanzfrequenz f3=620 MHz. Die Güte ist bei allen hergestellten Resonanzschwingkreisen weiterhin besser als Q>5000. Da die Güte die Kopplung zwischen SQUID und Resonanzschwingkreis bestimmt, ist durch die hier vorgestellte Verbesserung die SQUID- Funktion weiterhin nicht beeinträchtigt.
Hierdurch ergibt sich die sehr einfache Möglichhkeit, diskrete Frequenzbereiche innerhalb einer Spanne von 600 Mhz durch einfache Änderung der Geometrie zu erreichen. Selbst bei Substratdimensionen von lOβlOmm2 sind durch die Erfindung Resonanzfrequenzen bis 500 Mhz realisierbar.
Fig. 6 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung, in welcher die Grundplatte 10 als koplanare Anordnung in Form einer äußeren Schleife 10a ausgebildet ist und der Tankschwingkreis 1 und die Grundplatte 10 in einer Ebene angeordnet sind. Innerhalb des Tankschwingkreises 1 ist ein Flußtransformator mit einer Einlagenschleife 3.1 angeordnet. Ein Gradiometer-SQUID 2 bzw. Zweiloch-SQUID (Fig. 9) ist derart eingesetzt, daß der Josephsonkontakt am Berührungspunkt der zwei Washerflachen positioniert ist. Dieses SQUID 2 wird in flip-chip- Anordnung auf den Flußtransformator aufgebracht.
In Fig. 7 ist innerhalb des Tankschwingkreises 1 ein
Flußtransformator vorgesehen, der eine mehrlagige Einkop- pelspule 3.2 umfaßt. Die mehrlagige Einkoppelspule 3.2 weist zudem eine Überkreuzung 6 auf.
Aufgrund der Tatsache, daß in der vorliegenden Anordnung eine hochfrequente und eine niederfrequente Stromform vorliegen und sich der Hochfrequenzstrom an den Überkreuzungen 6 des Flußtransformators parasitär auswirkt und bei einer Tankfrequenz von etwa 900 MHz die Güte des Schwingkreises herabsetzt, sind an einer Position A (Fig. 8) an einem Kon- densator 7 Kurzschlüsse vorgesehen, die die beiden Stromformen entkoppeln, so daß über die Überkreuzungen 6 im entkoppelten Zustand nur noch niederfrequente Ströme fließen. Die Kurzschlüsse sind normalleitende Hochfrequenzmetallkurzschlüsse. Die zweite supraleitende Schleife 10a dient zur Hochfrequenzkopplung zwischen SQUID 2 und Flußtransformator. Hier wirkt der Hochfrequenzstrom und sorgt für die Kopplung zwischen SQUID 2 und Tankschwingkreis 1. Dadurch, daß die Feldrichtung der Einlagenschleife 3.1 und der Mehrlagenspule 3.2 genau ent- gegengesetzt sind, wird das SQUID-Signal in dieser Geometrie verstärkt.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zur Ankopplung eines rf-SQUID an einen supralei- tenden Tankschwingkreis und an eine Grundplatte, in welcher der Tankschwingkreis und das rf-SQUID eine koplanare Struktur bilden und der Tankschwingkreis einen Schlitz aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte als äußere Schleife (10a) koplanar zu dem rf-SQUID (2) und dem Tankschwingkreis (1) ausgebildet ist und einen Schlitz (11) aufweist, und daß der Tankschwingkreis (1) eine innere Schleife (la) umfaßt, in welcher der Schlitz (4) ausgebildet ist und die Orientierung der Schlitze (4; 11) der inneren Schleife (la) und der äußeren Schleife (10a) zueinan- der die Resonanzfrequenz f^ bestimmt.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß eine Verstellung der Schlitze (4, 11) eine Änderung der Resonanzfrequenz f__ von kleiner gleich 300 MHz bewirkt.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem rf-SQUID (2) und dem Tankschwingkreis (1) ein definierter supraleitender Kurzschluß (5) eingebaut ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, daß der definierte supraleitende Kurzschluß (5) zwischen der inneren Schleife (la) und der äußeren Schleife (10a) eingebaut ist.
5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierung des Kurzschlusses (5) zum Schlitz (4) der inneren Schleife (la) die Resonanzfrequenz fr bestimmt.
6. Anordnung nach einem der Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet. daß der Einbau des definierten supraleitenden Kurzschlusses (5) eines Änderung der Resonanzfrequenz f._ von kleiner gleich 600 MHz bewirkt.
7. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das rf-SQUID (2) einen SQUID mit washer-SQUID-Struktur aufweist.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das rf-SQUID (2) einen SQUID mit multiloop-SQUID-Struktur aufweist.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet, daß das rf-SQUID (2) einen SQUID mit Strominjektion-SQUID- Struktur aufweist.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das rf-SQUID (2) einen SQUID mit einlagigen oder mehrlagigen Transformatoren mit mehreren Windungen aufweist.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das rf-SQUID (2) einen SQUID mit einem Doppelspulen- Gradiometer aufweist.
12. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Doppelspulen-Gradiometer mit zwei in Serie geschalteten gegensinnigen Spulen ausgebildet ist.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Tankschwingkreises (1) ein Flußtransformator ausgebildet ist, der die koplanare äußere Schleife (2), eine Einlageschleife (3.1) und einen Kondensator (7) aufweist.
14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Einkoppelspule (3.2) mit einer Überkreuzung (6) vorgesehen ist, die kurzgeschlossen ist.
15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschluß an einer Position A des Kondensators (7) erfolgt, um einen Hochfrequenzstrom abzukoppeln.
16. Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldrichtung der Einlageschleife (3.1) entgegengesetzt der Feldrichtung der Einkoppelspule (3.2) verläuft.
17. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichneet, daß der Tankschwingkreis (1) Abmessungen von weniger als 10 x 10 mm2 aufweist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010145631A1 (de) * 2009-06-20 2010-12-23 Forschungszentrum Jülich GmbH Messinstrument, elektrische widerstandselemente und messsystem zur messung zeitveränderlicher magnetischer felder oder feldgradienten

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4820481B2 (ja) * 2000-09-13 2011-11-24 エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 超伝導量子干渉素子
JP2002243817A (ja) * 2001-02-21 2002-08-28 Hitachi Ltd 検出コイル一体型グラジオメータ及び磁場計測装置
US6894584B2 (en) * 2002-08-12 2005-05-17 Isco International, Inc. Thin film resonators
US7825543B2 (en) 2005-07-12 2010-11-02 Massachusetts Institute Of Technology Wireless energy transfer
WO2007008646A2 (en) 2005-07-12 2007-01-18 Massachusetts Institute Of Technology Wireless non-radiative energy transfer
US8179133B1 (en) 2008-08-18 2012-05-15 Hypres, Inc. High linearity superconducting radio frequency magnetic field detector
WO2010039967A1 (en) 2008-10-01 2010-04-08 Massachusetts Institute Of Technology Efficient near-field wireless energy transfer using adiabatic system variations
US8970217B1 (en) 2010-04-14 2015-03-03 Hypres, Inc. System and method for noise reduction in magnetic resonance imaging
JP6990811B2 (ja) * 2017-11-08 2022-01-12 独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構 磁場測定素子、磁場測定装置及び磁場測定システム

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0441281A2 (de) * 1990-02-06 1991-08-14 Forschungszentrum Jülich Gmbh Schaltungsanordnung mit Supraleitenden Quanten Interferenz Detektoren (SQUID)

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0441281A2 (de) * 1990-02-06 1991-08-14 Forschungszentrum Jülich Gmbh Schaltungsanordnung mit Supraleitenden Quanten Interferenz Detektoren (SQUID)

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LUDWIG F ET AL: "MULTILAYER MAGNETOMETERS BASED ON HIGH-TC SQUIDS" APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, Bd. 3, Nr. 7/10, 1.Juli 1995, Seiten 383-398, XP000585001 *
ZHANG Y ET AL: "HIGH-SENSITIVITY MICROWAVE RF SQUID OPERATING AT 77 K" SUPERCONDUCTOR SCIENCE AND TECHNOLOGY, Bd. 7, Nr. 5, 1.Mai 1994, Seiten 269-272, XP000442664 *
ZHANG Y ET AL: "SINGLE LAYER YBA2CU3O7 RADIO FREQUENCY SQUID MAGNETOMETERS WITH DIRECT-COUPLED PICKUP COILS AND FLIP-CHIP FLUX TRANSFORMERS" APPLIED PHYSICS LETTERS, Bd. 65, Nr. 26, 26.Dezember 1994, Seiten 3380-3382, XP000485984 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010145631A1 (de) * 2009-06-20 2010-12-23 Forschungszentrum Jülich GmbH Messinstrument, elektrische widerstandselemente und messsystem zur messung zeitveränderlicher magnetischer felder oder feldgradienten
US9476950B2 (en) 2009-06-20 2016-10-25 Forschungszentrum Juelich Gmbh Measuring instrument, electrical resistance elements and measuring system for measuring time-variable magnetic fields or field gradients

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