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Hauptseminarvortrag ACV 17.12.2013 Kevin Ament. Gliederung Phänomene der Supraleitung DC-SQUID Genauigkeit von SQUIDs Vor- und Nachteile 2.

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1 Hauptseminarvortrag ACV Kevin Ament

2 Gliederung Phänomene der Supraleitung DC-SQUID Genauigkeit von SQUIDs Vor- und Nachteile 2

3 Das AC-SQUID 3

4 Phänomene der Supraleitung BCS-Theorie Widerstandsfreier Ladungstransport unterhalb von Auftreten von Cooper-Paaren Meißner-Ochsenfeld-Effekt Verdrängung von Magnetfeld aus dem Inneren Flussquantisierung mit 4

5 Josephson-Effekt Tunneleffekt von Cooper-Paaren durch weak-links Verhalten eines geschlossenen Supraleiters Weak link: Schwache Stelle in Supraleiter ( ) 2 ( ) 2

6 Josephsonkontakt-Wozu? Besitzen sehr geringe Magnetfeld dringt sehr viel früher in den Ring ein Entstehung schwacher Supraleitung Flussquanten können in Ring eintreten 6 1

7 Das DC-SQUID 7 DC= direct current 1 1 Betrieb mit

8 Einfluss des Magnetfelds ,2

9 Fluss-Kennlinie Abhängig von eindringendem Fluss wird moduliert Modulierung der Spannung U über Josephsonkontakt Buckel, Werner: Supraleitung. Grundlagen und Anwendung, 3. Auflage, Weinheim: physik-verlag, 1984

10 Fluss-Spannungskennlinie ( ) Das SQUID funktioniert als Fluss-zu-Spannungs-Konverter

11 SQUID-Schaltbild ( )

12 Flux Locked 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 12

13 SQUID-Schaltbild ( )

14 Flusstransformator Magnetisiertes Objekt wird nicht in SQUID geführt rMmI/AAAAAAAAAPs/QBYosxxU_S4/s1600/extract_anim2.gif ( ) Erhöht Genauigkeit durch Ausschalten von Störfeldern

15 RF-Squid (rf = radio frequency) Squid besitzt nur einen weak link Wechselspannung wird über Resonanzspule induziert Änderung der Spannung am Squid führt zu Dämpfung in der Resonanzspule Messung der Spannung Weniger sensitiv, dc Squids sind heute bevorzugt Verwendung früher, da 1 Kontakt leichter als 2 Kontakte herstellbar waren 15

16 Fabrikation von Squids Squidring besteht meist aus Niob oder Blei- Indium/Gold-Legierung Hochtemperatursquids aus YBCO Weak links oft aus Oxiden oder Punktkontakten 16

17 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 17

18 Genauigkeit von SQUIDs Einsatz von Washer-SQUIDs Induktivität hängt kaum von Fläche ab Flusswirbel als limitierender Faktor Buckel, Werner: Supraleitung. Grundlagen und Anwendung, 7. Auflage, Weinheim: Wiley-VCH, 2013

19 Genauigkeit von SQUIDs Messung von Magnetfeldern bis Störsignale deutlich höher als das gewollte Magnetfeld Supraleitende Abschirmung + Gradientenspulen 19 1 Buckel, Werner: Supraleitung. Grundlagen und Anwendung, 7. Auflage, Weinheim: Wiley-VCH, 2013

20 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 20

21 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. Squid User´s Guide: ( ) Giffard, R.P.: Squid-Magnetometer, in Physik in unserer Zeit, Vol. 3, S , ( ) 21

22 Messung 22


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