专利名称：二维平面式二阶磁场梯度计的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种磁场探测器件，尤指一种利用超导量子干涉器件(SQUID)形成的二维平面式二阶磁场梯度计。
背景技术：
超导量子干涉器件是非常灵敏的磁场探测器件。在检测非常微弱的磁场信号时，环境中一些杂散磁场(如地磁场和空间电磁波)很难采用有效的屏蔽方法。环境噪声往往掩盖了磁信号，甚至会由于磁场太强而使SQUID磁强计不能工作。为了消除环境噪声的影响，在实际应用中往往采用磁场梯度计的形式。梯度计的主要参数是基线长度和阶数，基线长度是指两个采样点之间的距离，阶数是指梯度计所读出的信号对应磁场对空间的导数的次数。一般而言，基线长度越长，阶数越高，则梯度计的抗干扰能力越强。对高温超导而言，由于没有超导线材，不能采取超导线圈的方法来实现梯度计，目前大多采用电子学梯度计和平面式梯度计。所谓电子学梯度计是指利用多个磁强计在不同位置测得磁场信号，再用电子学的方法将其相减，从而得到梯度计。电子学梯度计的优点是基线长度可任意长，平衡度可以外部调节，且可以构成任意阶数的梯度计。缺点是电子线路复杂，且如果某一个SQUID磁强计由于外界磁场干扰而不能工作，则梯度计也就不能工作了。平面式梯度计是指将SQUID和梯度探测线圈集成在一片高温超导薄膜上形成梯度计。平面式梯度计的优点是抗干扰能力较强，电子线路相对简单，使用比较方便。缺点是基线长度受到基片的限制。
以往的平面式梯度计都是一维梯度计。所谓一维平面式梯度计是指所有采样点在一条直线上，所测量的信号与磁场的z方向分量对x方向的n阶导数nBz/xn成正比。这样，所测的信号与梯度计的方向有关，使用时必须调整梯度计的方向，使得测出的信号最强且不失真。而二维平面磁场梯度计的采样点在一个平面上，所测量的信号与磁场的z方向分量对x、y方向的m、n阶导数m+nBz/xmyn成正比。当m与n相等时，对于X、Y两个方向是相同的，因此与方向无关，可以不用调整梯度计的方向。
对于平面式高温超导磁场梯度计，以往的文献中只有一维平面式梯度计的报道(见文献l，D.Koelle，R.Kleiner，F.Ludwig，E.Dantsker and J.Clark，’High-transition-temperaturesuperconducting quantum interference devices’，Rev.Mod.Phys.Vol.71，631(1999)；文献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)；文献3，专利申请号01131235.1)。对于二维的高温超导梯度计，以往文献中没有关于平面式梯度计的报道。
本发明的目的在于采用双闭合环路探测线圈，使线圈的某一段的电流与磁感应强度的二维梯度成正比，与SQUID耦合形成二维平面式二阶磁场梯度计，其结构简单，并且对SQUID的位置要求不严，可以由多个SQUID与该段线路耦合，其成品率高，且其用于探测磁场时，对梯度计的方向性要求不强。
本发明的目的可通过如下措施来实现一种二维平面式二阶磁场梯度计，包括基片；在基片上设两闭合环环路，两闭合环路由一连续线路重叠，所述的线路与超导量子干涉器件相连。
所述的闭合环路是在一闭合框内由一连续线路将其分成形状、面积相等的两闭合环路。
所述的两闭合环路是由高温超导膜制成的两闭合线圈。
本实用新型还将结合附图对实施例作进一步详述参照
图1，按图1所示的图形，制作成掩模版。其次，取一片钛酸锶或铝酸镧基片3，利用离子束刻蚀的方法在SQUID 2位置处刻出一个台阶；在此基片上用磁控溅射的方法溅射一层钇钡铜氧薄膜。再次，用已制作好的掩模版，采用光刻的方法，把钇钡铜氧薄膜刻成2个闭合环路4，其中一个闭合环路由开环路A、D和连接通道E组成，另一个闭合环路有开环路B、C和连接通道F。其中，开环路A、B、C和D的面积、形状都相等；开环路A、D由连接通道E联在一起，开环路B、C由连接通道F联在一起，连接通道E、F的面积尽可能小。线路1是两个闭合环路的公共部分。其中台阶要对准线路1边上的SQUID部分。将SQUID的电极连接好，便制成了一个二维平面式二阶磁场梯度计。
本实用新型的工作原理如下当超导膜环路处于与膜面垂直向上的磁场中时，由超导的类磁通守恒定律，在环路中激发出与磁通大小Ф成正比的电流I。I＝Ф/L其中，Ф是超导环路内的磁通，L是超导环路的电感。
闭合环路ADE上的电流大小IAD＝(ФA+ФD+ФE)/(LA+LD+LE)，闭合环路BCF上的电流大小IBC＝(ФB+ФC+ФF)/(LB+LC+LF)。由于连接通道E、F的面积很小，因此ФE、ФF和LE、LF可以忽略不计，则IAD＝(ФA+ФD)/(LA+LD)，IBC＝(ФB+ФC)/(LB+LC)。因此线路1上的电流I1＝IAD-IBC＝(ФA+ФD)/(LA+LD)-(ФB+ФC)/(LB+LC)。由于环路A、D和B、C面积形状都分别相等，因此设LA＝LB＝LC＝LD＝L，则I1＝(ФA+ФD)/2L-(ФB+ФC)/2L＝(ФA-ФB-ФC+ФD)/2L。由Ф＝BA，其中B是磁感应强度，A是环路所围的面积。又因为A、B、C、D的面积相等，设A的面积为A，则I1＝(BA-BB-BC+BD)A/2L。线路1上的电流产生的磁场与SQUID 2耦合，从而组成二维平面式二阶磁场梯度计。
由以上说明可知，本梯度计对SQUID的位置并没有过多要求。一般而言，SQUID多采用台阶结或双晶结。利用本梯度计对SQUID位置的灵活性，可以在一条晶界上或多个台阶上制作多个SQUID与线路1耦合，从而可以提高成品率。
权利要求1.一种二维平面式二阶磁场梯度计，包括基片(3)；其特征在于在基片(3)上设两闭合环环路(4)，两闭合环路(4)由一连续线路(1)重叠，线路(1)与超导量子干涉器件(2)相连。
2.如权利要求1所述的二维平面式二阶磁场梯度计，其特征在于所述的闭合环路(4)是在一闭合框内由一连续线路(1)将其分成形状、面积相等的两闭合环路。
3.如权利要求1或2所述的二维平面式二阶磁场梯度计，其特征在于所述的闭合环路(4)中的每个闭合环路主要由形状、面积相等的2个开环路组成，且4个开环路的形状、面积都相等。
4.如权利要求1所述的二维平面式二阶磁场梯度计，其特征在于所述的两闭合环路(4)是由高温超导膜制成的两闭合线圈。
专利摘要本实用新型涉及一种二维平面式二阶磁场梯度计，该梯度计采用双闭合环路探测线圈，使线圈的某一段的电流与磁感应强度的二维梯度成正比，与SQUID耦合形成二维平面式二阶磁场梯度计，其结构简单，并且对SQUID的位置要求不严，可以由多个SQUID与该段线路耦合，其成品率高，且其用于探测磁场时，对梯度计的方向性要求不强。
文档编号G01R33/035GK2553388SQ0223803
公开日2003年5月28日 申请日期2002年6月28日 优先权日2002年6月28日
发明者郎佩琳, 郑东宁, 漆汉宏, 陈珂, 向建勇, 赵忠贤 申请人:中国科学院物理研究所