Enrico Silva - diritti riservati - Non è permessa, fra l’altro, l’inclusione anche parziale in altre opere senza il consenso scritto dell’autore
dc SQUID
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Negligible screening, zero voltage
Circulating currents do not compensate the external flux
I1,s= Icsin(γ1) I2,s= Icsin(γ2)
β L = 2LI c Φ 0 ≪ 1
I s,max ≃ 2I c
!
!
!
! cos
"
π Φ a
Φ 0
#!
!
!
!
Figures from:
R. Gross, A. Marx, Walther Meissner Institut http://www.wmi.badw.de/teaching/Lecturenotes/
Φ ≃ Φ a
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Nonzero screening, zero voltage
Circulating currents compensate the external flux.
Strong screening: towards flux quantization in the loop.
Figures from:
R. Gross, A. Marx, Walther Meissner Institut http://www.wmi.badw.de/teaching/Lecturenotes/
β L = 2LI c Φ 0
Φ a Φ 0 = Φ
Φ 0 + β L
2 + sin
! π Φ
Φ 0
"
Φ != Φ a
Φ a /Φ 0
Thursday, November 8, 12
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!"#$%&'
()*)+(
,Negligible screening, nonzero voltage
β L = 2LI c Φ 0 ≪ 1
Φ ≃ Φ a
!V (t)" = I c R N
!
" I 2I c
# 2
− cos 2
"
π Φ a Φ 0
#
Maximum modulation of the average voltage for
I=2I c .
Figures from:
R. Gross, A. Marx, Walther Meissner Institut http://www.wmi.badw.de/teaching/Lecturenotes/
Circulating currents do not compensate the external flux
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!"#$%&'
()*)+(
,dc SQUID: transfer function
!V (t)" = I
cR
N!
" I 2I
c#
2− cos
2"
π Φ
aΦ
0#
Figures from:
R. Gross, A. Marx, Walther Meissner Institut http://www.wmi.badw.de/teaching/Lecturenotes/
Usual operational point:
Flux-to-voltage converter.
Transfer function:
I ! 2I c H =
!
!
!
!
∂ !V (t)"
∂Φ a
!
!
!
!
Φ a ≃ (2n + 1) Φ 0
4 H ≃ I c R N
Φ 0 /2 ≃ R N
L One finds numerically β ! 1
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dc SQUID: parameters
!V (t)" = I
cR
N!
" I 2I
c#
2− cos
2"
π Φ
aΦ
0#
Figures from:
R. Gross, A. Marx, Walther Meissner Institut http://www.wmi.badw.de/teaching/Lecturenotes/
Usual operational point:
Flux-to-voltage converter.
Transfer function:
I ! 2I c H =
!
!
!
!
∂ !V (t)"
∂Φ a
!
!
!
!
Φ a ≃ (2n + 1) Φ 0
4 H ≃ I c R N
Φ 0 /2 ≃ R N L One finds numerically β ! 1
Other requirements:
• large loop (large ΔΦ with small ΔB). But then large L! –> small H and small β
Thursday, November 8, 12
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“washer” SQUIDs
Figures from:
R. Gross, A. Marx, Walther Meissner Institut http://www.wmi.badw.de/teaching/Lecturenotes/
junctions
“field focussing” device: the large superconducting area expels the flux, and
focusses into the small hole.
One finds:
• effective area (where field is collected) scales with W:
• inductance scale with D: L ≃ 1.25µ 0 D
A ef f ∼ D · W
Caveats: W too large –> fluxons enters the superconducting area, and thermal activated motion leads to noise
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real dc SQUID
Figures from:
R. Gross, A. Marx, Walther Meissner Institut http://www.wmi.badw.de/teaching/Lecturenotes/
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Coupling to the signal.
Figures from:
Fossheim-Sudbo
Current nodes I
Signal coil
Base electrode
Counter electrode Josephson junctions
DC SQUID
I
High frequencies Low frequencies Parasite capacitance
A spiral coil brings the signal over the SQUID area
Thursday, November 8, 12
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SQUIDs as magnetometers
Biomagnetism
!"Figures from:
R. Gross, A. Marx, Walther Meissner Institut http://www.wmi.badw.de/teaching/Lecturenotes/
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Transformer configurations
Figures from:
Fossheim Sudbo
Pickup coil
→
Signal coil
SQUID B ext
→
B coupled
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Gradiometer configurations
Sensitive to spatial derivatives
Figures from:
R. Gross, A. Marx, Walther Meissner Institut http://www.wmi.badw.de/teaching/Lecturenotes/