高温超伝導SQUID磁気センサシステムの開発

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08650496
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 円福 敬二 九州大学, 大学院・システム情報科学研究科, 助教授 (20150493)
• 研究分担者: 吉田 啓二 九州大学, 大学院・システム情報科学研究科, 教授 (80108670) ; 木須 隆暢 九州大学, 大学院・システム情報科学研究科, 助教授 (00221911)
• キーワード: SQUID / 磁気センサ / 高温超伝導 / ジョセフソン素子 / 磁束ノイズ / バイクリスタル基板 / 直接結合形センサ

研究概要

本研究は液体窒素温度(T=77K)で動作するSQUID磁気センサの開発及びそのシステム化を目的として行った。昨年度の研究により、SQUIDの高性能化のためには臨界電流I_o=20μA、接合抵抗R=10Ωを持つジョセフソン接合が必要であることを既に示した。しかしながら、上述の要求を満たす高性能ジョセフソン接合はこれまでに開発されていない。
このため今年度はバイクリスタル形のジョセフソン接合について、最適な接合特性を得るためのバイクリスタル接合の傾角の最適化を行った。接合の傾角としては従来用いられてきた24度、36.8度に加えて、27度、30度、33度を新たに作製し、接合特性に及ぼす傾角の影響を定量的に初めて明らかにした。その結果、新たに開発した傾角30度のバイクリスタル接合により上記の接合特性に対する要求を満たすことに世界で初めて成功した。また、同接合を用いることにより、設計から期待されるように、液体窒素温度(T=77K)でのSQUID性能を飛躍的に改善することに成功した。本研究で開発した傾角30度のバイクリスタル接合は高性能SQUIDに必須なものとして高い評価を得ている。
また、高感度な磁気センサを実現するため、1cm角の基板の上に磁界検出用のコイルとSQUIDを集積化したいわゆる直接結合型の磁気センサを開発した。本磁気センサの磁界検出感度B_nはT=77KでB_n=30fT/Hz^<1/2>であることを示し、この種のセンサ点しては世界最高の性能を持つことを実証した。この磁界感度は心臓磁界の計測には充分である。

研究成果

• [文献書誌] 円福敬二: "高温超伝導量子干渉磁気センサの高性能化" 応用物理. 66巻・4号. 377-386 (1997)
• [文献書誌] K.Enpuku: "Resonant characteristics of high Tc dc SQUID caused by large dielectric constent of SrTiO_3" IEEE Transactions on Applied Superconductivity. Vol.7,no2. 3355-3358 (1997)
• [文献書誌] T.Minotani: "Effect of Capacitive feedback on the characteristics of direct cartent SQUID coupled to a multiturn input coil" Journal of Applied Physics. Vol.82,no1. 457-463 (1997)
• [文献書誌] T.Minoteni: "High Performance dc superconducting quantum interference device utitizing a bicrystal junction with 30 degree misorientation angle" Japanese Journal of Applied Physics. Vol.36,no8B. L1092-L1095 (1997)
• [文献書誌] K.Enpuku: "Recent development of high Tc dc SQUID magnetometer" IEICE Transactions on Electronics. Vol.80-C no10. 1240-1246 (1997)
• [文献書誌] J.Beyer: "Low noise YBaCuo Single layer dc SQUID magnetometer based on bicrystal junction with 30 degree misorientation angle" Applied Physics Letter. Vol.72,no2. 203-205 (1998)