Сверхпроводниковый пленочный концентратор магнитного поля с наноразмерными ветвями

1. Сверхпроводниковый пленочный концентратор магнитного поля с наноразмерными ветвями Л.П. Ичкитидзе Н.А. НовиковНациональный исследовательский университет “МИЭТ” Москва 2012

2. Системы магнитоэнцефалографии Количество датчиков в массиве: 360 Стоимость датчика:≈ 2000 € Стоимость системыNeuromag: ≈ 3 000 000 € МЭГ система Elekta Neuromag Расход охлаждающей жидкости: 12 литров/день Массив СКВИД-датчиков

3. Трансформаторы магнитного потока в датчиках слабых полей Увеличение чувствительности Расширение динамического диапазона Увеличение помехозащищенности Сверхпроводниковый трансформатор магнитного потока

4. Схематическое изображение пленочного трансформатора потока Пленочный трансформатор магнитного потока. Обозначения: 1 – сверхпроводящее кольцо, 2 – подложка,3 – активная полоса, 4 – магниточувствительный элемент,5 – изолятор, 6 – сверхпроводящие ветви, 7 – прорези

5. Магнитное поле на чувствительном элементе • lи h полуширина и полутолщинапленки соответсвенно, • μ0 постоянная магнитного поля, • Is - экранирующий ток, • λ лондоновская глубина проникновения поля в материал ТМП, • (x0, y0) – точка действия экранирующего токана чувствительный элемент.

6. Характерные параметры активной полосы Is=10 мА; λ = 50-250 нм; ws = 7000 нм; h = 25-500 нм; hizol = 250-2500 нм; hMSE = 20 нм; wp = 20 нм. Is– экранирующий ток; λ – глубина проникновения поля; ws– ширина активной полосы; hizol- толщина изолирующего слоя; hMSE- толщина чувствительного элемента; wp- ширина прорези.

7. Распределение магнитного поля по ширине чувствительного элемента Узкая сверхпроводящая пленка: Широкая сверхпроводящая пленка: Зависимость величины магнитного поля от положения точки на чувствительном элементе для различных ширин активной полосы

8. Увеличение однородности магнитного поля в активной полосе Активная полоса с разбиением Активная полоса без разбиения Фактор роста эффективности концентрации магнитного поля где <B> - магнитное поле с разбиением, <B0> - магнитное поле без разбиения, KL фактор роста индуктивности.

9. Перераспределение магнитных полей при структурировании Зависимость величины магнитного поля от положения точки на чувствительном элементе для активной полосы без структурированияи при структурировании 2, 4, и 8 прорезями

10. Зависимость фактора роста от расположения прорезей Зависимость фактора роста эффективности от расположения прорезейв активной полосе в случае с двумя прорезями

11. Зависимость фактора роста от толщины изолятора Зависимость фактора роста эффективности от толщины изолирующего слоя в случае с двумя прорезями Зависимость фактора роста эффективности от глубины проникновения магнитного поля в случае с двумя прорезями

12. Зависимости фактора роста от количества прорезей Зависимость фактора роста эффективности от количества прорезей в активной полосе(для прорезей шириной 350 нм) Зависимость фактора роста эффективности от количества прорезей в активной полосе (для прорезей шириной 100 нм)

13. Чувствительность датчика Относительнаямагниточувствительность (1) где RB – сопротивление чувствительного элемента во внешнем магнитном поле B, R0 – сопротивление чувствительного элемента при отсутствии внешнего магнитного поля. Относительная чувствительность после фрагментации (2) Минимальное регистрируемое поле (3) где U – минимальный регистрируемый сигнал на чувствительном элементе, I – измерительный ток, F – фактор роста эффективности.

14. Заключение • Фрагментация активной полосы пленочного сверхпроводящего трансформатора на наноразмерные ветви и прорези повышает его фактор роста эффективности. • Существует оптимальное расположение прорезей в активной полосе и оптимальная взаимная ориентация трансформатора и чувствительного элемента, обеспе-чивающие максимум фактора роста эффективности. • Структурирование имеет больший эффект для низкотемпературных сверхпроводников с глубиной проникновения магнитного поля 50 нм. • Фактор роста эффективности достигает максимального значения 4,5 при простейшем структурировании на три ветви и две прорези. • Достигнуто максимальное значение фактора роста эффективности 45,1 при структурировании активной полосы 70 прорезями шириной 20 нм при глубине проникновения поля 50 нм.