СВЕРХПРОВОДЯЩИЕ МАГНИТОМЕТРЫ

СВЕРХПРОВОДЯЩИЕ МАГНИТОМЕТРЫ квантовые
магнитометры, действие которых основано на Джозеф-сона эффекте.
Чувствительность
С. м. достигает 10^-9 гс (10^-13тл), а
при измерениях градиента магнитного поля 10^-10 гс/сл (10^-12тл/м).
Чувствительный
элемент С. м. (сокращённо ЧЭ) представляет собой электрич. контур из сверхпроводника
с контактами Джо-зефсона (ими могут быть разделяющие сверхпроводник тонкие,
10 А, плёнки изолятора, точечные контакты и т. п.). ЧЭ реагирует на изменение
напряжённости (индукции) магнитного поля, пронизывающего сверхпроводящий
контур. На рис. 1 приведена схема С. м., ЧЭ к-рого содержит два идентичных
контакта Джозефсона, включённых параллельно в цепь источника постоянного
тока. Ток, разрушающий сверхпроводимость в ЧЭ (I^кзависит от электрич. характеристик контактов и величины магнитного потока
Ф, пронизывающего контур:

I^к2I-7гс*см²
- квант магнитного потока (магнитный поток через сверхпроводящий контур
квантуется, см. Сверхпроводимость),Iсверхпроводимости каждого из контактов (критический ток) -должен
быть мал (I Фо/L, где L
-индуктивность
контура). С изменением потока Ф ток I^киспытывает осцилляции (рис. 2). Ток I^кмакс. значения всякий раз, как только изменяющийся поток Ф оказывается
равным целому числу квантов потока Фо, т. е. период осцилляции равен кванту
магнитного потока. Если через ЧЭ протекает постоянный ток I^кто электрич. напряжение на контуре также периодически зависит от Ф. По
числу осцилляции можно определить Ф, а зная площадь S сверхпроводящего
контура, найти напряжённость Н исследуемого магнитного поля (Н
=
Ф/S).

Рис. 1. Схема сверхпроводящего
магнитометра с двумя параллельно включёнными контактами Джозефсона для
измерения напряжённости (индукции) магнитного поля.

Обычно для повышения надёжности
работы С. м. в контуре дополнительно возбуждают периодич. магнитное поле
модуляции. Возбуждаемое переменное поле имеет амплитуду <=% Фо/2S. При
наличии поля модуляции на контуре появляется переменное напряжение, фаза
к-рого изменяется прямо пропорционально внешнему полю Н. Измерит.
блок С. м. выполняет функции усиления переменной составляющей напряжения
на контуре и выделения изменения фазы.

Рис. 2. Запись осцилляции
тока, текущего в сверхпроводящем контуре с двумя параллельными контактами
Джозефсона.

На выходе измерит. блока
получают сигнал, пропорциональный изменению фазы, а следовательно, значению
Н.
С.
м. изготовляют также с источниками (генераторами) переменного тока частотой
10⁷-10⁹ гц и с одним контактом Джозефсона
в ЧЭ (рис. 3). Ток в ЧЭ возбуждается индуктивно посредством резонансного
контура, настроенного на частоту генератора. Одновременно переменный ток
низкой частоты (10³ гц), протекающий через тот же контур,
осуществляет модуляцию магнитного поля в ЧЭ. Вольт-амперная характеристика
ЧЭ нелинейна относительно магнитного поля, к-рое пронизывает контур. Поэтому
фаза низкочастотной модуляции изменяется в зависимости от величины внешнего
(исследуемого) магнитного поля. К ЧЭ внешнее поле подводится трансформатором
магнитного поля, к-рый состоит из приёмной петли и катушки, индуктивно
связанной с ЧЭ (материалом для обмотки трансформатора служит сверхпроводя-щая
проволока, передача потока происходит без потерь). В С. м. рассматриваемого
типа трансформатор имеет две входные петли, включённые навстречу друг другу.
При таком включении петель ЧЭ реагирует на градиент поля и является градиентометром.
Измерительный блок С. м. осуществляет усиление модулированного высокочастотного
сигнала и его детектирование. В результате выделяется сигнал низкой частоты,
фаза к-рого пропорциональна измеряемому градиенту поля.

Рис. 3. Схема сверхпроводящего
магнитометра для измерения градиента магнитного поля (градиентометра).

Очень высокая чувствительность
С. м. позволила осуществить с их помощью ряд тонких экспериментов: уточнить
значения физических постоянных, продвинуть измерение электрич. напряжения
в область значений 10^-14 в, зафиксировать магнитокардиограммы
человеческого сердца и др.

Лит.: Фейнман Р.,
Лейтон Р., С э н д с М. Фейнмановские лекции по физике, [пер. с англ.],
т. 9, М., 1967; Кларк Д ж., Низкочастотные применения сверхпроводящих квантовых
интерференционных устройств, "Тр. Ин-та инженеров по электронике и радиоэлектронике",
1973, т. 61, № 1, с. 9; Заварицкий Н. В., Ветчинкин А. Н., Установка СКИМП,
"Приборы и техника эксперимента", 1974, № 1.

Н. В. Заварицкий,