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dc SQUID

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Academic year: 2021

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(1)

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

Enrico Silva - diritti riservati - Non è permessa, fra l’altro, l’inclusione anche parziale in altre opere senza il consenso scritto dell’autore

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

Enrico Silva - diritti riservati - Non è permessa, fra l’altro, l’inclusione anche parziale in altre opere senza il consenso scritto dell’autore

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 a0

Thursday, November 8, 12

(2)

Enrico Silva - diritti riservati - Non è permessa, fra l’altro, l’inclusione anche parziale in altre opere senza il consenso scritto dell’autore

!"#$%&'

()*)+(

,

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

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: transfer function

!V (t)" = I

c

R

N

!

" I 2I

c

#

2

− cos

2

"

π Φ

a

Φ

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

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: parameters

!V (t)" = I

c

R

N

!

" I 2I

c

#

2

− cos

2

"

π Φ

a

Φ

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

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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/

∂B

∂z

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1

st

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Thursday, November 8, 12

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