大有效面积的高Tc rf SQUID

关键词： c rf SQUID')" href="#">高T_c rf SQUID 新型结构 大有效面积 磁通聚焦器     

基于LSAT衬底YBa2Cu3O7-δ台阶结的射频高温超导量子干涉器的制备和表征

基于 YBa2Cu3 O7 -δ (YBCO) 台阶边沿型约瑟夫森结( 台阶结) 的高温超导量子干涉器(Superconducting Quantum Interference Device, 简称 SQUID) 在微弱磁场测量等领域具有重要应用价值. 制 备 YBCO 台 阶 结 及SQUID 的常用单晶衬底包括 LaAlO3 (LAO) 、SrTiO3 (STO) 及 MgO 等. (La0 .3 ,Sr0 .7 ) (Al0 .65 ,Ta0 .35 )O3 (LSAT) 没有孪晶现象、 与 YBCO 的晶格失配度很小(仅为0.4% ) , 有潜力成为制备 YBCO 台阶结及相应的高温超导 SQUID器件的新的衬底选择. 本文首次探索研究了 LSAT 衬底上 YBCO 台阶结型射频超导量子干涉器(rf SQUID) 的制备和表征. 采用氩离子束刻蚀技术在 LSAT(100) 衬底上制备角度约为46°的台阶, 利用脉冲激光沉积法在衬底上生长 YBCO 超导薄膜, 然后利用传统紫外光刻技术制备出高温超导rf SQUID 器件. 在温度为77 K 时, 器件测试观察到幅度较大的电压-磁通特性曲线, 且在部分器件的特性曲线中观察到接近方波的非传统波形, 表明器件工作于噪声较低的色散模式下. 频率1 kHz 时器件的磁通噪声约为20 μΦ0/Hz1/2 , 与文献中报道的 LAO、STO 衬底上台阶结型SQUID 器件的典型结果相当. 本工作展示了利用 LSAT 衬底制备低噪声台阶结型rf SQUID 器件的可行性, 并为进一步研制该衬底上更高性能的高温超导SQUID 器件奠定了基础     

低噪声超导量子干涉器件磁强计设计与制备

超导量子干涉器件(superconducting quantum interference device, SQUID)作为一种极灵敏的磁通传感器,在生物磁探测、低场核磁共振、地球物理等领域得到广泛应用.本文介绍了一种基于SQUID的高灵敏度磁强计,由SQUID和一组磁通变压器组成. SQUID采用一阶梯度构型,增强其抗干扰性.磁通变压器由多匝螺旋的输入线圈和大尺寸单匝探测线圈组成,其中输入线圈与SQUID通过互感进行磁通耦合.利用自主工艺平台,在4英寸硅衬底上完成了基于Nb/Al-AlO_x/Nb约瑟夫森隧道结的SQUID磁强计制备.低温测试结果显示,该磁强计磁场灵敏度为0.36 nT/Φ_0,白噪声段磁通噪声为8μΦ_0/√Hz,等效磁场噪声为2.88 fT/√Hz.     

直接耦合双耦合环高温超导dcSQUID中增大有效面积的图形设计

设计和制作了一种新型的双耦合环的直接耦合高Tc dc SQUID结构。根据Y.Zhang等在高Tc rf SQUID中用图形填充内孔使电感减小的原理，在直接耦合dc SQUID中，用在耦合环内孔中图形填充的方法减小电感，进而增大Ap/Lp，以增大总的有效面积。用双晶衬底所做的对比实验表明，对于我们所设计的几何结构，有效面积增大了17%。     

扫描SQUID显微镜的研制及其在磁成像和无损检测中的应用

研制了两种用于检测室温样品的超导量子干涉器(SQUID)扫描磁场显微镜(以下简称扫描SQUID显微镜),一种使用常规低Tc(Nb)SQUID器件,另一种使用高温(YBCO)SQUID器件.SQUID安装在内杜瓦底部的冷指底端,外杜瓦底部有60～75微米厚的白宝石窗口,被测样品处于室温状态位于窗口下,SQUID与被测样品之间的间距通过波纹管的伸缩进行调节.常规低Tc(Nb)器件系统的空间分辨率优于140μm,磁场灵敏度优于3pT/Hz1/2,高温(YBCO)器件系统的空间分辨率～500μm,磁场灵敏度～46pT/Hz1/2.两者均能长时间稳定地工作在无屏蔽环境中.利用两台扫描SQUID显微镜,进行了多种有应用价值的磁成像实验和无损检测研究.     

用于HTc rf SQUID的新型超导共面谐振器

在10mm*10mm*1mm的LaAlO3基片上设计和制成了一种新结构的800MHz超导共面谐振器,它可以和外尺寸9mm*9mm的垫片式rfSQUID器件实现有效的耦合,对于使用超导共面谐振器的rf SQUID,该方案为提高器件有效面积和磁场灵敏度提供了新的方法.     

新型的高温超导薄膜梳齿谐振器

本文报导了一种新型结构的高温超导薄膜梳齿谐振器.我们通过改变谐振器梳齿的长度,使谐振器的谐振频率可以从800MHz到1300MHz左右,这正是我们研制的Hi-Tc rf SQUID所需要的两个频段.我们对这种新型谐振器的谐振频率与几何尺寸的关系进行了数值拟合.测试了使用该种新型谐振器的Hi-Tc rf SQUID的噪声.     

基于双晶退火衬底的高温超导纳米量子干涉仪在液氦液氮温区下的输运特性

超导纳米量子干涉器件是近年来发展起来的一种新型超导器件, 通过现代微纳加工技术将其超导环缩小到纳米尺寸, 构成高度灵敏的微观自旋探测器, 理论上可以达到测量单电子自旋的灵敏度. 同时, 高温超导由于具有较高的临界温度和上临界场也备受关注. 然而, 相比于低温超导量子干涉器件, 高温超导量子干涉器件的1/f 噪声更加显著, 这限制了其在低频下的应用. 本文基于双晶衬底技术, 通过聚焦离子束加工制备高温超导纳米量子干涉仪, 并对其在液氦和液氮温区下的电学性能、4.2 K 下的磁通噪声进行表征. 实验发现, 通过预先退火处理钛酸锶双晶衬底, 可以有效改善衬底表面的粗糙度, 进而优化高温超导纳米量子干涉仪的1/f 磁通噪声. 最终得到低频下(1 Hz)的磁通噪声灵敏度为4.9 μΦ0/Hz1/2 , 比未事先预处理的小一到两个数量级, 这对于推进高温超导纳米量子干涉器件在低频下的应用意义重大.     

阻尼型高温直流超导量子干涉器磁强计的设计

理论分析了超导环路与一个电阻并联结构的直流超导量子干涉器(dc-SQUID)的特性.给出了这种阻尼型dc-SQUID的电压噪声谱密度、传输函数和磁通噪声谱密度随偏置电流变化的曲线.与无阻尼型高温器件比较，调制参量β大于1的阻尼型高温dc-SQUID磁强计具有高稳定性和易调试等优点.当β大于4时，因传输函数的增大，阻尼型dc-SQUID还能降低它的磁通噪声谱密度从而提高磁强计的检测灵敏度.根据现有高温超导薄膜器件的工艺条件，设计了β等于4的阻尼型高温dc-SQUID磁强计的芯片、其磁通噪声和磁场噪声的理论值 关键词：     

HT_c SQUID磁强计阵列研究

高温超导量子干涉器(HTcSQUID)已有20多年研究历史。目前,HTcSQUID磁强计以它对磁场高的分辨率、低磁通白噪声和低的1/f噪声起始频率,相对成熟、便宜的制冷技术,被认为是开发无线电频谱低端应用和微弱磁场测量领域有竞争力的新技术。但是,囿于高温超导体的材料特性和高温超导约瑟夫森结的研究水平,当前HTcSQUID磁强计的磁场灵敏度比传统LTcSQUID磁强计仍然要低一个数量级,因而导致它在低频无线电电子学系统和相关领域中的应用还存在一些困难。为在现有条件下积极开展HTcSQUID磁强计技术的应用研究,拓展HTcSQUID磁强计技术的应用范围,作者主要通过试验,在HTcSQUID磁强计当前内禀磁通噪声限制下,使用多HTcSQUID磁强计对待测场的相干检测可能是提高SQUID检测接收系统输出信噪比的有效方法进行了研究。已经获得的初步实验结果表明,在电磁干扰不太大的环境中,多HTcSQUID磁强计技术可以在现有HTcSQUID磁强计的磁场灵敏度指标限制下,使系统的接收信噪比得到提高。