Способ измерения температуры сверхпроводящего перехода тонких плоских пленок и устройство для его осуществления

Способ измерения температуры сверхпроводящего перехода тонких плоских пленок и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области сверхпроводимости и предназначено для измерения температуры сверхпроводящего перехода тонких плоских пленок. Цель изобретения - повышение точности измерения температуры перехода и упрощение устройства для ее измерения. В известном индуктивном способе измерения температуры сверхпроводящего перехода тонких пленок воздействуют на пленку переменным полем, создаваемым катушкой индуктивности. Величина этой индуктивности несколько меняется при переходе пленки из нормального в сверхпроводящее состояния. Показано, что если с другой стороны пленки поместить вторую катушку, то индуцируемая в ней переме нная ЭДС меняется при переходе пленки из нормального в сверхпроводящее состояние примерно на три порядка, если поле сделано заведомо неоднородным по пленке. Это значительно повышает точность измерения температуры перехода и, в то же время, позволяет упростить устройство для ее измерения, поскольку вместо моста переменного тока, необходимого в прототипе, устройство содержит лишь дополнительную катушку индуктивности. При этом катушки расположены соосно, пленка между ними перпендикулярна их оси, первая катушка подсоединена к генератору переменного тока, вторая - к усилителю, который подсоединен к детектору, выход которого подан на графопостроитель. На вторую ось графопостроителя подают выход датчика температуры. Для создания неоднородного поля достаточно, чтобы размеры катушек и их расстояния до пленки были меньше, чем минимальный поперечный размер пленки. При таком способе измерения точность ограничивается лишь точностью измерения температуры. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТС: tie

СОИ 1АЛИ1СТИ -1ЕСНИХ

РЕСГ1УБ/1ИН

„„80„„ l 4 99419

А1 (51)4 Н 01 1. 39/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пературы оп< р.с11рс 1 < ., 1 1 го перехода тонких плоск11х l1!I -:II< 1,.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬ(ТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4279963/31-25 (22) 07. 07. 87 (46) 07.08.89. Бюп. Р 29 (71) Московский инженерно-физический институт (72) В.В. Евстигнеев, В.Ф. Елесин и Л.А. Опенов (53) 621.326(088.8) (56) Сотников Г.В. Сравнительный анализ резистивного и индуктивного методов измерения температуры сверхпроводящего перехода. Препринт ИАЭ им. И.В. Курчатова, 1t 4345/10, 1986, . с. 6.

1!(арков Г.Ф. О магнитном моменте тонких сверхпроводящих пленок. ЖТФ

1962, т. 42,. вып. 5, с. 1397. (54) СПОСОБ .ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО ПЕРЕХОДА ТОНКИХ

ПЛОСКИХ ПЛЕНОК И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области сверхпроводимости и предназначено для измерения температуры сверхпроводящего перехода тонких плоских пленок.

Цель изобретения — повышение точности измерения температуры перехода и упрощение устройства для ее измерения.

В известном индуктивном способе измерения температуры сверхпроводящего перехода тонких пленок воздействуют на пленку переменным полем, создаваемым катушкой индуктивности. ВеличиИзобретение отн<исится к сверхпроВОДИМОСтИ, а 11МсННО К ИЗМЕРЕНИЮ .тЕМна этой индуктивности несколько меняется при переходе пленки из нормального в сверхпроводящее состоя1п я. Показано, что если с другой стороны пленки поместить вторую ка.тушку, то индупируемая в ней переменная ЭДС меняется при переходе . пленки иэ нормального в сверхпроводящее состоя1п е примерно на три порядка, если после сделано заведомо неоднородным по пленке. Это значительно повышает точность измерения температуры перехода и, в то же время, позволяет упростить устройство для ее измерения, поскольку вместо моста переменного тока, необходимого в прототипе, устройство содержит лишь дополнительную катушку индук ивности.

При этом катушки расположены соосно, пленка между ними перпендикулярна их оси, первая катушка подсоединена к генератору переменного тока, вторая к усилителю, который подсоединен к детектору, выход которого подан на графопостроитель. На вторую ось графопостроителя под»ют выход датчика температуры. Для создания неоднородного поля достаточно, чтобы размеры катушек и их расстояния до пленки быпи менье, чем м111п1м»льный поперечный размер пленки. При таком способе иэмере п1я то 1пость

Л 1499419

Цель изобретения — поньппенне точности измерения температуры сверхпроводящего перехода тонких плоских пленок и упрощение устройства для измерения температуры сверхпроводяще5 го перехода за счет исключения моста переменного тока.

На фиг 1 показана структурная схема установки для измерения температуры сверхпроводящего перехода тонких плоских пленок; на фиг. 2— измерительная часть устройства.

Способ измерения температуры сверхпроводящего перехода реализован следующим образом. На пленку 1 воздействуют пер еменным неоднородным магнитным полем, создаваемым катушкой 2 индуктивности, соединенной с генератором 3. Проникшее через плен- 20 ку 1 магнитное поле создает в катуш,ке 4 индуктивности ЭДС индукции, которая усиливается усилителем 5, де- тектируется детектором 6 и регистрируется графопостроителем 7 по коор- 25, динате Y. Изменение температуры образцЫ 1 осуществляется нагревателем

8, питаемым от регулируемого источника 9 тока. Измерение температуры осуществляется термометром 10,который 30 питается от источника 11 стабилизированного тока. Сигнал с термометра 10: подается на вход Х графопостроите» . ля 7. Нагреватель 8 и термометр 10 размещены внутри медного блока 12 в непосредственной близости от пленки 1„ имеющей хороший тепловой контакт с медным блоком 12 . Измерительная часть устройства помещена в криостат 13 с жидким гелием, который 40 служит для охлаждения образца. Частота переменного магнитного поля составляет 10 -10 Гц. Амплитуда напря.жения на катушке 2 индуктивности подбирается так, чтобы амплитуда напря- 45 женности создаваемого катушкой 2 индуктивности магнитного поля составляла 10 -10 Э. На фиг. 2 указаны также характерные размеры изме-. рительной части устройства.

59

Устройство содержит пленку 1, расположенную между катушкой 2 индуктивности, соединенной с генератором 3 .и катушкой 4 индуктивности, соединенной r усилителем 5, выход которого соединен с входом детектора 6. Выход детектора 6 соединен со входом Y гр афоп остр on геля 7. Harp e Ф ватель. 8, соединенный с регулируе 4 мь|м источником 9 тока, и термометр

1О, соединенный с источником ста- били.ièpoâàííoro тока и входом Х графопостроителя 7, размещены внутри медного блока 12, на котором укреплен образец 1 ° Иэ мерит ел ь ная часть устройства помещена в криостат 13 с жидким rелием.

Устройство работает следующим обI разом.

С генератора 3 в катушку 2 индуктивностн подается переменный ток, который создает переменное магнитное поле. Проникшее через пленку 1 переменное магнитное поле создает в катушке 4 индуктивности ЭДС индукции, которая усиливается усилителем

5, детектируется детектором 6 и регистрируется графопостроителем 7 по координате Y. Пленка 1 охлаждается в криостате 13 с жидким гелием. Изменение температуры осуществляется нагревателем 8, питаемым от регулируемого источника 9 тока. Измерение температуры образца 1 осуществляется термометром 10, который питает от источника 1 1 стабилизированного тока.

Сигнал с термометра 10 регистрируется графопостроителем 7 по координате Х. В результате перечисленных опе« раций на графопостроителе 7 получают зависимость ЭДС индукции в катушке 4 индуктивности от температуры.

Малость диаметра и длины катушки индукзивности, являющейся источником магнитного поля, и малость расстояния от нее до пленки приводит к тому, что магнитное поле, в котором находится исследуемая пленка, является неоднородным. . Характерный масштаб неоднородности магнитного поля .в области расположения, пленки равен расстоянию от катушки индуктивности, являющейся источником магнитного поля, до плен.ки. Экранирование неоднородного магнитного поля сверхпроводящей пленкой при A(T) p drопределяется параметром

1с1/Л (Т), где 1 — характерный масштаб неоднородности магнитного поля; d —толщина пленки; 3(Т) - зависящая от температуры Т глубина проникновения магнитного поля. Hs решения уравнения Ло щонов следует, что при температуре Т, меньшей температуры сверхпроводящего перехода, напряженность магнитного поля Н(Т). s области, отделенной от источника магнитного поля пленкой, определяется выражением

Н(Т) =- Н.(1+1dt2Л(ту1, 1499419

6 (1) жение тезис",:.туры ииже температуры тт сверхпроводяиег . перехода всего на где ri„- напряженюст магпитного

-.т

10 К поэвс1пяет зарегистрировать иэполя при температур с выше менение напряженности магнитного - отемпературы перехода пленля, обусловленное переходом пленки ки я сверхпроводящее состав сверхпроводящее состояние. В изФ I вестном техническом решении параметры магнитного поля при переходе пленки

Для того, чтобы напряженность магнит-. в сверхпроводящее состояние меняютного поля сильно уменьшалось при ся на несколько процентов при полном сверхпроводящем переходе, необходисверхпроводящем переходе, что и опремо, чтобы выполнялось условие 1 7 деляет малую точность измерения тем> Л (О} у Й и расстояние 1 быпо меньше пературы сверхпроводящего перехода минимального попер ечного размера известным способом, так как необпленки (условие неоднородности паля) . 15 ходимо уменьшить температуру на О,1Используемые в научных исследованиях

0,5 К ниже температуры сверхпровосверхпроводящие пленки обычно имеют дящего перехода, чтобы изменение папоперечные размеры 10 х 10 м. раметров магнитного поля стало досВыбирая для оценки значения толщины

2р тупно экспериментальной регистрации. пленки и глубины проникновения d, Укаэанные малые размеры диаметра и длины измерительной катушки и рас"10 м, т.е. указанные стояния от нее до держателя образцаограничения на характерный маСштаб позволяют. отделить эффект экраниронеоднородности магнитного поля 1

25. вания магнитного поля пленкой, для выполняются при 5 "10 м с1 (10 м. которого справедлива формула (1), от

Выбирая для оценки значение 1. эффекта огибания пленки полем, кото10 м папучаем Н(0) = 10- .Н 1 .

1 получa () 41 Рый приводит к уменьшению величины т.е ° напряженность магнитного поля изменения напряженности магнитного при полном сверхпроводящем переходе (при УменьШении темпеРатУРы от тем- Типичнье або ие на ения д м а пеРатуры СвеРхпровоДЯщего перехоДа и длины катушек ин уктивности не до ИУпЯ) УменьшаетсЯ в тысЯчУ Pas ° п евышают 0 8 минимального р ного размера держателя образца. Рабочий диапазон расстояний от катушек сверхпровоДЯщем пеРеходе привоДит 35 и уктивности до держателя образца. ,,к томУ, что момент начала Уменьше- составляет от 10 м до 0 2 мини ния напряженности магнитного поля мального поперечного размера держапри переходе пленки в сверхпроводя-. теля образца. щее состояние, т.е. температура сверх. пРоводЯщего пеРеходаэ мож т. ыть эа- . .предлагаемого способа измерения температуры сверхпроводящего перехода величину темпеРатурного интервала тонких плоских пленок и устройства аТ Тк Т, при котором напРЯженность . для е".о осуществления позволяет по магнитного поля уменьшается на 1Х сравнению с известными резко увелиот пеРвоначальной величины (т.е. - чить величины изменения сигнала в

Я когДа завеДомо возможна эксперимен- измерите ьной катке при еверхпро тальная регистрация изменения иа-. водящем переходе пленки и тем самым пряженности магнитного паля). Ис,поаьзова"ие те пературной зависи- Ратуры сверхпроводящего перехода мости глубины про""кновения в виде тонких плоских пленок, доведя ее до

Т - т точности измерения температуры пленЛ(Т) Л(0)(1 — (--) J, где T< - ки, а также заметно упростить устk ройство для измерения температуры да, и выбор эн ений параметров Т„ сверхпроводЯщего перехода эа счет

10 К 1 = 10 м d 2 -10 < м + моста М тока

A(0) = 10 м, приводит к оценке Фор мула и э о бр ет е ния.

10 2 h (0) q . 1. Способ измерения температуры

ДТ = — — — — — Т =10 К, т. е. пони4 1d сверхпроводящего перехода тонких

1499419

° мю

iрид f

Составитель Н. Спунгина

Техред М.Ходаннч Корректор 0.Ципле

Редактор Н. Лазаренко

Заказ 4702! 51 Тираж 695 Подписное

ВНКИП(1 Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушекая наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 ггиоских пленок, включающий воэцеиствие иа пленку переменным магнитным полем, изменение ее температуры, измерение температуры пленки и параметров магнитного поля вблизи нее, о т5 л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, на пленку воздействуют переменным неоднородным полем и измеряют напряженность проникшего через нее магнитного поля.

; 2. Устройство для измерения температуры снерхпроводящего перехода тонких плоских пленок, содержащее криостат с хладагентом, пленку, датчик температур и с О Р ли н е н 1 вы и с Х- B х Од о м Г р а 111 Оп о строителя, генератор, соединенный с катушкои индуктивности, усилитель, выход которого соединен с входом дегектора, а его выход соединен с 7входом графопостроителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно дополнительно содержит вторую катушку ин-. дуктнвности, соосную с первой, причем пленка расположена между первой и второй катушками индуктивности перпендикулярно их осн, выводы второй катушки соединены с входом усилителя, а размеры катушек и их расстояния до пленки меньше минимального поперечного размера пленки.