بخشی از مقاله
چکیده: در این پژوهش به بررسی نکات تئوری و فنی مرتبط با تکنولوژی اسکویید - SQUID - ، که ابزارهایی بر پابه اتصال جوزفسون میباشند، به عنوان حساسترین نوع سنسورهای شار مغناطیسی، به کمک مواد ابررسانای دمای بالا - HTSC - پرداختهایم. اسکوییدها در واقع ترانسدوسرهای مبدل شار به ولتاژ میباشند که دارای کاربردهای عمده و بسیار گستردهای در صنعت و پزشکی هستند. پس از سال 1986 و کشف مواد ابررسانای گرم توجه ویژهای به تولید اسکویید از مواد ابررسانای گرم معطوف شد. با توجه به مشکلات تکنولوژیکی و ذاتی این مواد نقایصی همچون عدم تکرارپذیری پیوند جوزفسون و ویفرهای چندلایه مناسب وجود داشت. در این مقاله به بررسی و ارائه روش بهینه جهت تولید سنسورهای ابررسانای دما بالا از جنس YBCO پرداخته ایم.
.1 مقدمه
ابررسانایی پدیدهای است که در بعضی از مواد در دمای بسیار پایین اتفاق می افتد و در این حالت مقاومت الکتریکی و میدان مغناطیسی در این مواد به صفر میرسد. بنابراین ابررساناها موادی هستند که اگر دمایشان از یک دمای بحرانی کمتر شود، ناگهان مقاومت الکتریکی خود را از دست میدهند. جریانی از الکتریسیته در یک حلقه ابررسانا میتواند برای مدت نامحدودی بدون وجود مولد جریان وجود داشته باشد. مقاومت الکتریکی هادیهای فلزی معمول، مثل مس و نقره، نیز با کاهش دما کم میشود، با این حال در اثر وجود ناخالصی در این هادیها، حتی در دمای صفر مطلق نیز، مقاومت الکتریکی آنها صفر نخواهد بود. اما مقاومت الکتریکی یک ابررسانا، با کاهش دمای آن به زیر دمای مشخصی، که دمای بحرانی - TC - نامیده میشود، به صفر خواهد رسید.
1] ازطرف دیگر مواد ابررسانا میدان مغناطیسی را دفع میکنند . ابررساناها جریان القایی میدانی را که قصد نفوذ به ماده ابررسانا دارد به طور کامل باز میگردانند. این عمل باعث پس زدن ابررسانا میشود. این پدیده به عنوان دیامغناطیس شدید شناخته میشود و به آن اثر مایسنر نیز گفته می شود - شکل .[2] - 1 در سال 1986، ابررسانایی دمابالا کشف شد که دارای دمای بحرانی بیش از 90 کلوین هستند . از نظر عملی ابرساناهای دمای بالا کاربردهای بسیار بیشتری دارند، زیرا در دماهایی ابررسانا میشوند که راحتتر قابل ایجاد هستند. طی 5 سال بعد از کشف ابر رساناهای گرم دمای بحرانی ابر رسانایی در ترکیبات جیوه دار به 134 درجه کلوین رسید - شکل . - 2 امروزه با پیشرفت هایی که صورت گرفته ابر رسانای دمابالای حتی تا مرز دمایی 134 درجه کلوین نیز پیش رفته است.
.2 حسگر اسکوییدی
فرض کنید یک ابررسانا بوسیله یک لایه عایق نازک از ابررسانای دیگر منفصل شده باشد؛ بنابراین یک اتصال S1-I-S2، که اتصال ضعیف و یا اتصال جوزفسون نامیده میشود، وجود خواهد داشت. جفتهای الکترونی میتوانند از درون عایق نازک از یک ابررسانا به ابررسانای دیگر نقب بزنند.1 یک حلقه ابررسانا که دارای یک و یا دو اتصال جوزفسون است که برای اندازه گیری شار به کار میرود. اسکوییدهای دمای بالا اولین مدارهای الکترونیکی ابررسانا بودند که اتصال جوزفسون خنک شونده با نیتروژن مایع استفاده میکردند.
دو گونه اسکویید وجود دارد: -1 اسکویید dc شامل دو اتصال جوزفسون در حلقه ابررسانا، که با جریان مستقیم کار میکند و -2 اسکوییدrf شامل یک اتصال جوزفسون در حلقه ابررسانا، که به یک مدار تانک متصل بوده و با جریان rf عمل میکند. اسکوییدها آشکارسازهای بسیار دقیق شار مغناطیسی میباشند . این ابزارها کاربردهای فراوانی به عنوان سنسور در گستره عظیمی از آزمایشات فیزیک، زمین شناسی، پزشکی، زیستشناسی و صنعت را دارا میباشند. پیشرفت در صنعت و در فهم منشا نویز در اسکوییدهای با دمای انتقال پایین پیشرفت عظیمی را در تفکیک اندازه گیری مغناطیسی و الکتریکی پدید آورد.[8-10]
اولین اسکوییدهای rf شامل پالت دانههای YBa2Cu3O7-x، یا به اختصار Y:123، با القاگر مدار تانک پیچانده شده دور آن: اتصالات ضعیف بین دانههای روی پالت در 77K رفتار اسکوییدگونه نشان داد. متعاقبا، اسکویید rf ساخته شده از کپههای YBCO با یک "اتصال شکسته" نویز بسیار پایینی را نشان داد. اولین اسکویید dc فیلم نازک از YBCO با اتصال مرز دانهای شکل گرفته بین دانههای کاتورهای در فیلم نازک ساخته شد.
اکثر اسکوییدهایی که تا کنون ساخته شدهاند با کنترل دقیقتر اتصالات مرز دانهای با یکی از این دو روش ایجاد گشتهاند. تکنیک اول شامل رسوب دادن فیلم YBCO روی زیرلایه جند کریستالهای SrTiO3، LaAlO3 یا MgO که در آن یک ناهمسانگردی وجود دارد. فیلم رشد همبافتهای روی زیرلایه داشته و یک مرز دانه که متعاقبا به یک یا دو پل الگو داده میشود، با عرض چند میکرومتر، خواهد داشت. تکنیک دوم شامل رسوب دادن فیلم YBCO روی زیر لایه لبهدار است. مرز دانهها در بالا و پایین لبهها شکل میگیرند.[8] اسکویید لزوما یک ترانسدوسر شار به جریان است، بنابراین میتواند برای اندازهگیری شار مغناطیسی، تغییر شار، جریان یا ولتاژ به کار رود. اسکوییدها دارای کاربردهای زیر میباشند:
-1 تشخیص طبی - فعالیت مغز -
-2 اندازهگیری دیامغناطیس ابررساناهای گرم جدید
-3 تغییرات عمیق در پوسته زمین را ثبت میکنند
-4 اکتشاف زیردریا
