SQUID-Superconducting QUantum Interference Device

Hauptseminarvortrag ACV17.12.2013

Kevin Ament

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GliederungPhänomene der Supraleitung

DC-SQUID

Genauigkeit von SQUIDs

Vor- und Nachteile

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Das AC-SQUID

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Phänomene der SupraleitungBCS-Theorie

Widerstandsfreier Ladungstransport unterhalb von

Auftreten von Cooper-PaarenMeißner-Ochsenfeld-Effekt

Verdrängung von Magnetfeld aus dem InnerenFlussquantisierung

mit

CT

0 ke

h

20

5

Josephson-EffektTunneleffekt von Cooper-Paaren durch weak-

linksVerhalten eines geschlossenen Supraleiters

Weak link: Schwache Stelle in Supraleiter1

1 http://de.academic.ru/dic.nsf/dewiki/1348423 (11.12.2013)2 http://www.allaboutcircuits.com/vol_3/chpt_2/13.html (11.12.2013)

2

6

Josephsonkontakt-Wozu?Besitzen sehr geringe

Magnetfeld dringt sehr viel früher in den Ring ein

• Entstehung schwacher SupraleitungFlussquanten können in Ring eintreten

CI

1 http://courses.ee.nd.edu/87022/documents/SQUIDs.ppt(11.12.2013)

7

Das DC-SQUIDDC= direct current

)sin( CII

0

2

eU

f

JJCC II ,21

1 http://www.starcryo.com/MrSQm622.pdf(11.12.2013)

Betrieb mit CII

8

Einfluss des Magnetfeldssa iLk 0

0)2

1( na 0)

2

1( na

dAB

1 2

1,2 http://www.starcryo.com/MrSQm622.pdf(11.12.2013)

9

Fluss-Kennlinie

Abhängig von eindringendem Fluss wird moduliert

Modulierung der Spannung U über Josephsonkontakt

CI

1

1 Buckel, Werner: Supraleitung. Grundlagen und Anwendung, 3. Auflage, Weinheim: physik-verlag, 1984

)cos(*0

0,

CC II

10

Fluss-Spannungskennlinie1

1 http://www.starcryo.com/MrSQm622.pdf (11.12.2013)

Das SQUID funktioniert als Fluss-zu-Spannungs-Konverter

11

SQUID-Schaltbild1

1 http://courses.ee.nd.edu/87022/documents/SQUIDs.ppt (11.12.2013)

12

Flux Locked LoopErhöht die Genauigkeit des SQUIDs

Spannung am Kontakt wird als Wechselspannung in Rückkoppelspule gespeist

wird verhindert, U an Spule wird ausgelesen

Messung eines Bruchteils eines Flussquants möglich

• U wird in magnetisches Moment umgerechnet

13

SQUID-Schaltbild1

1 http://www.medcat.nl/megeeg/chap1.htm (11.12.2013)

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FlusstransformatorMagnetisiertes Objekt wird nicht in SQUID

geführt1

http://1.bp.blogspot.com/-PtAkq4t_Acw/Tg-fWC-rMmI/AAAAAAAAAPs/QBYosxxU_S4/s1600/extract_anim2.gif (11.12.2013)

Erhöht Genauigkeit durch Ausschalten von Störfeldern

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Genauigkeit von SQUIDs

Möglichst große Fläche Größeres A führt zu höherer Induktion L

schlechtda

im Bereich von 1 liegen sollte. Konkurrenz zwischen A und L

AB

0

2

CIL

18

Genauigkeit von SQUIDsEinsatz von Washer-SQUIDs

Induktivität hängt kaum von Fläche abFlusswirbel als limitierender Faktor

1

1 Buckel, Werner: Supraleitung. Grundlagen und Anwendung, 7. Auflage, Weinheim: Wiley-VCH, 2013

19

Genauigkeit von SQUIDsMessung von Magnetfeldern bis

Störsignale deutlich höher als das gewollte Magnetfeld Supraleitende Abschirmung +

Gradientenspulen

T1510

1 Buckel, Werner: Supraleitung. Grundlagen und Anwendung, 7. Auflage, Weinheim: Wiley-VCH, 2013

20

Vor- und Nachteile+ nahezu rauschfreie Messung sehr kleiner

Magnetfelder+ Messung im Bereich zwischen 2 und 400 K bei

Magnetfeldern bis ca. 7 T.+ Richtungsabhängige Messung möglich+ auch außerhalb der Chemie anwendbar:

Magnetoenzephalographie (Gehirnströme) oder Magnetokardiographie (Herzströme)

- Teuer in Anschaffung und Unterhaltung (Kühlung)- Störsignalanfällig

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QuellenBuckel, Werner: Supraleitung. Grundlagen und

Anwendung, 3. Auflage,Weinheim: physik-verlag,, 1984Buckel, Werner: Supraleitung. Grundlagen und

Anwendung, 7. Auflage, Weinheim: Wiley-VCH, 2013Lueken, Heiko: Magnetochemie, Stuttgart: Teubner

Studienbücher Chemie, 1999Mr. Squid User´s Guide:

http://www.starcryo.com/MrSQm622.pdf (11.12.2013)Giffard, R.P.: Squid-Magnetometer, in Physik in unserer

Zeit, Vol. 3, S. 184-189, 1972http://courses.ee.nd.edu/87022/documents/SQUIDs.ppt

(11.12.2013)