[实用新型]射频超导量子干涉器

说明书

本实用新型涉及在液氮温度下工作的射频量子干涉器，可用作为极弱磁场、磁通、电流、电压、温度传感器进行精密测量。

目前美国国家标准局用钇－钡－铜－氧做的器件，工作温度为75K，但是该器件采用点接触方法，即器件做成后并不能在低温下进行量子干涉效应，必须用一个楔形工具在液氮内将圆环的开口内的连接部分打断，而后再把楔形工具取出，使打断的部分靠自然弹性再次接触形成弱连接，即约瑟夫森结（Josephson），因此器件稳定性差，特别是高低温循环（室温到77K的温度循环）性能差，一个器件只能使用10多次，而且在75K工作，不是液氮温度，因此使用极不方便。

本实用新型的目的是采用高温超导材料，使量子干涉器在液氮温度下工作，而且弱连接结的位置可以是任意的，以一定的截面积最好，结的位置与超导材料的形状无关，因此，便于加工和使用方便，同时由于液氮来源广，使用成本也降低。

本实用新型所述的液氮温度下工作的射频超导量子干涉器是由高Tc超导材料，如：钇钡铜氧化物（YBa₂Cu₃O₇）铊钡铜氧化物、钙锶钡铜氧化物其中一种制成，它的最佳工作温度为77K（液氮正常蒸发点），可用范围在70－86K，干涉器是由一个高Tc的超导环和一个弱连接结（即约瑟夫森Josephson结）串连后，在与一个并联谐振回路相耦合而成。

图1是单孔射频量子干涉器部件的剖视图。

图2是一种单孔射频量子干涉器的立体示意图。

图3是另一种单孔射频量子干涉器的立体示意图。

图4是双孔射频量子干涉器部件的剖视图。

图5是一种双孔射频量子干涉器的立体示意图。

图6是另一种双孔射频量子干涉器的立体示意图。

下面将结合附图对本实用新型的干涉器作进一步的描述。

图1、2、3是单孔射频量子干涉器件，它是在一块厚度为0.05mm－20mm的高Tc材料〔1〕打一个直径为20μm－2mm的小孔〔2〕，小孔的位置是任意的，只是使其电感满足L＜＜φ²₀／T，其中：φ₀为磁通量子，φ₀＝2.07×10韦泊，为波尔兹曼常数，T为绝对温度，对于77K、L＜＜4×10^－9H。而后，在孔的一边开一个缺口〔3〕，并在缺口中的任意位置形成一个100μm²－4×10⁴μm²的弱连接〔4〕结，由所形成的结把缺口两边的超导材料连接起来，结与超导环是一个整体，由结与小孔构成一个超导环。该器件也可以在5mm以下的高Tc超导材料上打一个直径与上述范围相同的孔，在孔的一边开一个与上述缺口相同大小的缺口，在缺口中的任意位置上加工一个弱连接结把缺口的两边连接起来，使该结与小孔形成一个超导环（在77K中）。而后，再做一块高Tc超导片，在该片上打一个与上述相同的小孔，也在孔的一侧开一个与上述相同的缺口，但在缺口中不需要加工弱连接结。最后，把上述两块制作做好的高Tc材料合起来，注意一定要把他们的孔和缺口位置对准，使器件与并联谐振回路相耦合。图1的右侧是用相同的高Tc材料制成的不带弱连接结的部件。由图1的左侧结构的部件可以单独作为干涉器件（如图2），也可以由图1的左侧和右侧的部件结合起来形成器件（如图3）。

图4、5是表示一种双孔器件的结构。它是在一块任意几何形状的高Tc材料片上打两个直径为20μm－2mm的孔〔5〕，材料的厚度为0.05－20mm，两孔之间间距为0－100mm，孔与孔之间加工一个宽度为20μm－2mm的细缝缺口〔6〕，在细缝缺口中的任意位置处用一个截面积为100μm²－4×10⁴μm²的弱连接结〔7〕相连接，使两个孔通过弱连接结相并联，两个孔并联后的总的电感满足L＜＜φ²₀／T的关系。