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SQUID- Superconducting QUantum Interference Device . Hauptseminarvortrag ACV 17.12.2013 Kevin Ament. Gliederung. Phänomene der Supraleitung DC-SQUID Genauigkeit von SQUIDs Vor- und Nachteile. Das AC-SQUID. Phänomene der Supraleitung. BCS-Theorie
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SQUID-SuperconductingQUantumInterference Device Hauptseminarvortrag ACV 17.12.2013 Kevin Ament
Gliederung • Phänomene der Supraleitung • DC-SQUID • Genauigkeit von SQUIDs • Vor- und Nachteile
Phänomene der Supraleitung • BCS-Theorie • Widerstandsfreier Ladungstransport unterhalb von • Auftreten von Cooper-Paaren • Meißner-Ochsenfeld-Effekt • Verdrängung von Magnetfeld aus dem Inneren • Flussquantisierung • mit
Josephson-Effekt Tunneleffekt von Cooper-Paaren durch weak-links • Verhalten eines geschlossenen Supraleiters Weak link: Schwache Stelle in Supraleiter 2 1 1 http://de.academic.ru/dic.nsf/dewiki/1348423 (11.12.2013) 2 http://www.allaboutcircuits.com/vol_3/chpt_2/13.html (11.12.2013)
Josephsonkontakt-Wozu? • Besitzen sehr geringe • Magnetfeld dringt sehr viel früher in den Ring ein • Entstehung schwacher Supraleitung • Flussquanten können in Ring eintreten 1 http://courses.ee.nd.edu/87022/documents/SQUIDs.ppt(11.12.2013)
Das DC-SQUID DC= directcurrent 1 Betrieb mit 1 http://www.starcryo.com/MrSQm622.pdf(11.12.2013)
Einfluss des Magnetfelds 2 1 1,2 http://www.starcryo.com/MrSQm622.pdf(11.12.2013)
Fluss-Kennlinie 1 Abhängig von eindringendem Fluss wird moduliert • Modulierung der Spannung U über Josephsonkontakt 1 Buckel, Werner: Supraleitung. Grundlagen und Anwendung, 3. Auflage, Weinheim: physik-verlag, 1984
Fluss-Spannungskennlinie 1 Das SQUID funktioniert als Fluss-zu-Spannungs-Konverter 1 http://www.starcryo.com/MrSQm622.pdf (11.12.2013)
SQUID-Schaltbild 1 1 http://courses.ee.nd.edu/87022/documents/SQUIDs.ppt (11.12.2013)
FluxLocked Loop • Erhöht die Genauigkeit des SQUIDs • Spannung am Kontakt wird als Wechselspannung in Rückkoppelspule gespeist • wird verhindert, U an Spule wird ausgelesen • Messung eines Bruchteils eines Flussquants möglich • U wird in magnetisches Moment umgerechnet
SQUID-Schaltbild 1 1 http://www.medcat.nl/megeeg/chap1.htm (11.12.2013)
Flusstransformator • Magnetisiertes Objekt wird nicht in SQUID geführt 1 Erhöht Genauigkeit durch Ausschalten von Störfeldern http://1.bp.blogspot.com/-PtAkq4t_Acw/Tg-fWC-rMmI/AAAAAAAAAPs/QBYosxxU_S4/s1600/extract_anim2.gif (11.12.2013)
Genauigkeit von SQUIDs • Möglichst große Fläche • Größeres A führt zu höherer Induktion L schlecht da im Bereich von 1 liegen sollte. Konkurrenz zwischen A und L
Genauigkeit von SQUIDs • Einsatz von Washer-SQUIDs • Induktivität hängt kaum von Fläche ab • Flusswirbel als limitierender Faktor 1 1 Buckel, Werner: Supraleitung. Grundlagen und Anwendung, 7. Auflage, Weinheim: Wiley-VCH, 2013
Genauigkeit von SQUIDs • Messung von Magnetfeldern bis • Störsignale deutlich höher als das gewollte Magnetfeld Supraleitende Abschirmung + Gradientenspulen 1 Buckel, Werner: Supraleitung. Grundlagen und Anwendung, 7. Auflage, Weinheim: Wiley-VCH, 2013
Vor- und Nachteile + nahezu rauschfreie Messung sehr kleiner Magnetfelder + Messung im Bereich zwischen 2 und 400 K bei Magnetfeldern bis ca. 7 T. + Richtungsabhängige Messung möglich + auch außerhalb der Chemie anwendbar: Magnetoenzephalographie (Gehirnströme) oder Magnetokardiographie (Herzströme) • Teuer in Anschaffung und Unterhaltung (Kühlung) • Störsignalanfällig
Quellen • Buckel, Werner: Supraleitung. Grundlagen und Anwendung, 3. Auflage,Weinheim: physik-verlag,, 1984 • Buckel, Werner: Supraleitung. Grundlagen und Anwendung, 7. Auflage, Weinheim: Wiley-VCH, 2013 • Lueken, Heiko: Magnetochemie, Stuttgart: Teubner Studienbücher Chemie, 1999 • Mr. SquidUser´s Guide: http://www.starcryo.com/MrSQm622.pdf (11.12.2013) • Giffard, R.P.: Squid-Magnetometer, in Physik in unserer Zeit, Vol. 3, S. 184-189, 1972 • http://courses.ee.nd.edu/87022/documents/SQUIDs.ppt (11.12.2013)