專利名稱：二維平面式二階磁場梯度計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種磁場探測器件，尤指一種利用超導(dǎo)量子干涉器件(SQUID)形成的二維平面式二階磁場梯度計。
背景技術(shù)：
超導(dǎo)量子干涉器件是非常靈敏的磁場探測器件。在檢測非常微弱的磁場信號時，環(huán)境中一些雜散磁場(如地磁場和空間電磁波)很難采用有效的屏蔽方法。環(huán)境噪聲往往掩蓋了磁信號，甚至?xí)捎诖艌鎏珡姸筍QUID磁強計不能工作。為了消除環(huán)境噪聲的影響，在實際應(yīng)用中往往采用磁場梯度計的形式。梯度計的主要參數(shù)是基線長度和階數(shù)，基線長度是指兩個采樣點之間的距離，階數(shù)是指梯度計所讀出的信號對應(yīng)磁場對空間的導(dǎo)數(shù)的次數(shù)。一般而言，基線長度越長，階數(shù)越高，則梯度計的抗干擾能力越強。對高溫超導(dǎo)而言，由于沒有超導(dǎo)線材，不能采取超導(dǎo)線圈的方法來實現(xiàn)梯度計，目前大多采用電子學(xué)梯度計和平面式梯度計。所謂電子學(xué)梯度計是指利用多個磁強計在不同位置測得磁場信號，再用電子學(xué)的方法將其相減，從而得到梯度計。電子學(xué)梯度計的優(yōu)點是基線長度可任意長，平衡度可以外部調(diào)節(jié)，且可以構(gòu)成任意階數(shù)的梯度計。缺點是電子線路復(fù)雜，且如果某一個SQUID磁強計由于外界磁場干擾而不能工作，則梯度計也就不能工作了。平面式梯度計是指將SQUID和梯度探測線圈集成在一片高溫超導(dǎo)薄膜上形成梯度計。平面式梯度計的優(yōu)點是抗干擾能力較強，電子線路相對簡單，使用比較方便。缺點是基線長度受到基片的限制。
以往的平面式梯度計都是一維梯度計。所謂一維平面式梯度計是指所有采樣點在一條直線上，所測量的信號與磁場的z方向分量對x方向的n階導(dǎo)數(shù)nBz/xn成正比。這樣，所測的信號與梯度計的方向有關(guān)，使用時必須調(diào)整梯度計的方向，使得測出的信號最強且不失真。而二維平面磁場梯度計的采樣點在一個平面上，所測量的信號與磁場的z方向分量對x、y方向的m、n階導(dǎo)數(shù)m+nBz/xmyn成正比。當m與n相等時，對于X、Y兩個方向是相同的，因此與方向無關(guān)，可以不用調(diào)整梯度計的方向。
對于平面式高溫超導(dǎo)磁場梯度計，以往的文獻中只有一維平面式梯度計的報道(見文獻l，D.Koelle，R.Kleiner，F(xiàn).Ludwig，E.Dantsker and J.Clark，’High-transition-temperaturesuperconducting quantum interference devices’，Rev.Mod.Phys.Vol.71，631(1999)；文獻2，S.-G.Lee，Y.Hwang，B.-C.Nam，J.-T.Kim，I.-S.Kim，’Direct-coupled second-ordersuperconductingquantum interference device gradiometer fromsingle layer of high temperature superconductor’，Appl.Phys.Lett.vol.73 2345(1998)；文獻3，專利申請?zhí)?1131235.1)。對于二維的高溫超導(dǎo)梯度計，以往文獻中沒有關(guān)于平面式梯度計的報道。
本發(fā)明的目的在于采用雙閉合環(huán)路探測線圈，使線圈的某一段的電流與磁感應(yīng)強度的二維梯度成正比，與SQUID耦合形成二維平面式二階磁場梯度計，其結(jié)構(gòu)簡單，并且對SQUID的位置要求不嚴，可以由多個SQUID與該段線路耦合，其成品率高，且其用于探測磁場時，對梯度計的方向性要求不強。
本發(fā)明的目的可通過如下措施來實現(xiàn)一種二維平面式二階磁場梯度計，包括基片；在基片上設(shè)兩閉合環(huán)環(huán)路，兩閉合環(huán)路由一連續(xù)線路重疊，所述的線路與超導(dǎo)量子干涉器件相連。
所述的閉合環(huán)路是在一閉合框內(nèi)由一連續(xù)線路將其分成形狀、面積相等的兩閉合環(huán)路。
所述的兩閉合環(huán)路是由高溫超導(dǎo)膜制成的兩閉合線圈。
本實用新型還將結(jié)合附圖對實施例作進一步詳述參照

圖1，按圖1所示的圖形，制作成掩模版。其次，取一片鈦酸鍶或鋁酸鑭基片3，利用離子束刻蝕的方法在SQUID 2位置處刻出一個臺階；在此基片上用磁控濺射的方法濺射一層釔鋇銅氧薄膜。再次，用已制作好的掩模版，采用光刻的方法，把釔鋇銅氧薄膜刻成2個閉合環(huán)路4，其中一個閉合環(huán)路由開環(huán)路A、D和連接通道E組成，另一個閉合環(huán)路有開環(huán)路B、C和連接通道F。其中，開環(huán)路A、B、C和D的面積、形狀都相等；開環(huán)路A、D由連接通道E聯(lián)在一起，開環(huán)路B、C由連接通道F聯(lián)在一起，連接通道E、F的面積盡可能小。線路1是兩個閉合環(huán)路的公共部分。其中臺階要對準線路1邊上的SQUID部分。將SQUID的電極連接好，便制成了一個二維平面式二階磁場梯度計。
本實用新型的工作原理如下當超導(dǎo)膜環(huán)路處于與膜面垂直向上的磁場中時，由超導(dǎo)的類磁通守恒定律，在環(huán)路中激發(fā)出與磁通大小Ф成正比的電流I。I＝Ф/L其中，Ф是超導(dǎo)環(huán)路內(nèi)的磁通，L是超導(dǎo)環(huán)路的電感。
閉合環(huán)路ADE上的電流大小IAD＝(ФA+ФD+ФE)/(LA+LD+LE)，閉合環(huán)路BCF上的電流大小IBC＝(ФB+ФC+ФF)/(LB+LC+LF)。由于連接通道E、F的面積很小，因此ФE、ФF和LE、LF可以忽略不計，則IAD＝(ФA+ФD)/(LA+LD)，IBC＝(ФB+ФC)/(LB+LC)。因此線路1上的電流I1＝IAD-IBC＝(ФA+ФD)/(LA+LD)-(ФB+ФC)/(LB+LC)。由于環(huán)路A、D和B、C面積形狀都分別相等，因此設(shè)LA＝LB＝LC＝LD＝L，則I1＝(ФA+ФD)/2L-(ФB+ФC)/2L＝(ФA-ФB-ФC+ФD)/2L。由Ф＝BA，其中B是磁感應(yīng)強度，A是環(huán)路所圍的面積。又因為A、B、C、D的面積相等，設(shè)A的面積為A，則I1＝(BA-BB-BC+BD)A/2L。線路1上的電流產(chǎn)生的磁場與SQUID 2耦合，從而組成二維平面式二階磁場梯度計。
由以上說明可知，本梯度計對SQUID的位置并沒有過多要求。一般而言，SQUID多采用臺階結(jié)或雙晶結(jié)。利用本梯度計對SQUID位置的靈活性，可以在一條晶界上或多個臺階上制作多個SQUID與線路1耦合，從而可以提高成品率。
權(quán)利要求1.一種二維平面式二階磁場梯度計，包括基片(3)；其特征在于在基片(3)上設(shè)兩閉合環(huán)環(huán)路(4)，兩閉合環(huán)路(4)由一連續(xù)線路(1)重疊，線路(1)與超導(dǎo)量子干涉器件(2)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的二維平面式二階磁場梯度計，其特征在于所述的閉合環(huán)路(4)是在一閉合框內(nèi)由一連續(xù)線路(1)將其分成形狀、面積相等的兩閉合環(huán)路。
3.如權(quán)利要求1或2所述的二維平面式二階磁場梯度計，其特征在于所述的閉合環(huán)路(4)中的每個閉合環(huán)路主要由形狀、面積相等的2個開環(huán)路組成，且4個開環(huán)路的形狀、面積都相等。
4.如權(quán)利要求1所述的二維平面式二階磁場梯度計，其特征在于所述的兩閉合環(huán)路(4)是由高溫超導(dǎo)膜制成的兩閉合線圈。
專利摘要本實用新型涉及一種二維平面式二階磁場梯度計，該梯度計采用雙閉合環(huán)路探測線圈，使線圈的某一段的電流與磁感應(yīng)強度的二維梯度成正比，與SQUID耦合形成二維平面式二階磁場梯度計，其結(jié)構(gòu)簡單，并且對SQUID的位置要求不嚴，可以由多個SQUID與該段線路耦合，其成品率高，且其用于探測磁場時，對梯度計的方向性要求不強。
文檔編號G01R33/035GK2553388SQ0223803
公開日2003年5月28日 申請日期2002年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月28日
發(fā)明者郎佩琳, 鄭東寧, 漆漢宏, 陳珂, 向建勇, 趙忠賢 申請人:中國科學(xué)院物理研究所