Сверхпроводниковый пленочный концентратор...
DESCRIPTION
Сверхпроводниковый пленочный концентратор магнитного поля с наноразмерными ветвями. Л.П. Ичкитидзе Н.А. Новиков Национальный исследовательский университет “ МИЭТ ”. Москва 2012. Системы магнитоэнцефалографии. Количество датчиков в массиве: 360. Стоимость датчика : ≈ 2000 €. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Сверхпроводниковый пленочный Сверхпроводниковый пленочный концентратор магнитного поля концентратор магнитного поля
с наноразмерными ветвямис наноразмерными ветвями
Л.П. Ичкитидзе Н.А. Новиков
Национальный исследовательский университет “МИЭТ”
Москва 2012
Системы магнитоэнцефалографии
МЭГ система Elekta Neuromag
Массив СКВИД-датчиков
Стоимость системы Neuromag:
≈ 3 000 000 €
Количество датчиков в массиве:
360
Стоимость датчика: ≈ 2000 €
Расход охлаждающей жидкости:
12 литров/день
2
Трансформаторы магнитного потока в датчиках слабых полей
Расширение динамического диапазона
Увеличение помехозащищенности
Увеличение чувствительности
Сверхпроводниковый трансформатор магнитного потока
3
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 – прорези4
Магнитное поле на чувствительном элементе
• l и h полуширина и полутолщина пленки соответсвенно,• μ0 постоянная магнитного поля, • Is - экранирующий ток, • λ лондоновская глубина проникновения поля в материал ТМП,• (x0, y0) – точка действия экранирующего тока на чувствительный
элемент.
0 0 00 0 0
2 2 2 20 0 0 02 2 0
( ) ( )[ ]8 ( ) ( ) ( ) ( )
x l l xl
sparal
h l h
I e y y e y yB dxdy dxdyh y y x x y y x x
5
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.
6
Распределение магнитного поля по ширине чувствительного элемента
Зависимость величины магнитного поля от положения точки на чувствительном элементе для различных ширин активной полосы
2
swh
2
swh
Узкая сверхпроводящая пленка:
Широкая сверхпроводящая пленка:
7
Увеличение однородности магнитного поля в активной полосе
Фактор роста эффективности концентрации магнитного поля
где <B> - магнитное поле с разбиением, <B0> - магнитное поле без разбиения, KL фактор роста индуктивности.
Активная полоса без разбиения
Активная полоса с разбиением
0
,L
BFB K
8
Перераспределение магнитных полей при структурировании
Зависимость величины магнитного поля от положения точки на чувствительном элементе для активной полосы без структурирования
и при структурировании 2, 4, и 8 прорезями9
Зависимость фактора роста от расположения прорезей
Зависимость фактора роста эффективности от расположения прорезейв активной полосе в случае с двумя прорезями 10
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
11
Зависимости фактора роста от количества прорезей
Зависимость фактора роста эффективности от количества прорезей в активной полосе
(для прорезей шириной 100 нм)
Зависимость фактора роста эффективности от количества прорезей в активной полосе
(для прорезей шириной 350 нм)12
Чувствительность датчика
0 0
,UBI R F S
где U – минимальный регистрируемый сигнал на чувствительном элементе, I – измерительный ток, F – фактор роста эффективности.
где RB – сопротивление чувствительного элемента во внешнем магнитном поле B, R0 – сопротивление чувствительного элемента при отсутствии внешнего магнитного поля.
0 .BS S F
00
0
,BR RS
R B
Относительная магниточувствительность
Относительная чувствительность после фрагментации
Минимальное регистрируемое поле
(1)
(2)
(3)
13
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.
14