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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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4
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
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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)
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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)
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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
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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)
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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
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10
Fluss-Spannungskennlinie1
1 http://www.starcryo.com/MrSQm622.pdf (11.12.2013)
Das SQUID funktioniert als Fluss-zu-Spannungs-Konverter
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11
SQUID-Schaltbild1
1 http://courses.ee.nd.edu/87022/documents/SQUIDs.ppt (11.12.2013)
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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
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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
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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
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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
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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)