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Auteur(s)
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Chantal GUNTHER : Maître de conférences GREYC (Groupe de Recherches en Informatique, Image, Automatique et Instrumentation de Caen) UMR 6072 CNRS, ENSICAEN (École nationale supérieure d'ingénieurs de Caen)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Cet article est la nouvelle édition du texte rédigé par Daniel Bloyet et Chantal Gunther.
Les SQUID (de l'anglais Superconducting Quantum Interference Devices) sont des détecteurs supraconducteurs de flux magnétique extrêmement sensibles, dont les applications sont très variées : principalement mesures de faibles courants ou tensions, thermométrie, biomagnétisme, mesures de propriétés magnétiques, contrôle non destructif.
Ce sont des appareils dont la tête de mesure (le SQUID proprement dit) fonctionne à basse température, dans la plupart des cas à 4,2 K (température d'ébullition de l'hélium liquide à pression atmosphérique) ou jusqu'à 90 K grâce aux nouveaux matériaux supraconducteurs haute température découverts en 1986.
Leur principe de fonctionnement repose sur deux phénomènes : la quantification du flux magnétique à travers une boucle supraconductrice et l'effet Josephson. On trouvera dans les références bibliographiques d'excellentes descriptions du principe de fonctionnement des SQUID et de leurs applications. Le SQUID continu est actuellement le plus développé, qu'il soit à base de supraconducteur à basse ou haute température critique ; une présentation simplifiée en sera faite ici.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 1985 par François DELAHAYE
- Version archivée 2 de juil. 1996 par Daniel BLOYET, Chantal GUNTHER
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6. Applications métrologiques des SQUID
6.1 Préamplificateurs et picovoltmètres
Le SQUID est un capteur naturel de champ magnétique à très haute résolution. Les contraintes liées à sa mise en œuvre (cryogénie, protection contre les parasites liés à l'environnement) privilégient comme champ d'application la détection ou l'amplification de signaux dominés par le bruit intrinsèque des systèmes à base de semiconducteurs. Au cours de ces 30 dernières années, des progrès considérables ont été effectués en magnétométrie fine (magnétoencéphalographie, contrôle non destructif) et des appareils à base de SQUID (imagerie magnétoencéphalographique, susceptomètres) ont été commercialisés. Par ailleurs, de nombreuses autres expériences qui peuvent se regrouper sous le terme générique de mesure de tensions (picovoltmètres, préamplificateurs sélectifs ou à large bande) ont été menées dans des laboratoires ; la bande de fréquence concernée s'étend du continu à environ 100 MHz.
6.1.1 Caractéristiques importantes des amplificateurs à SQUID
Les études sur ce sujet ont notamment été menées par C. Hilbert et J. Clarke . Des amplificateurs sélectifs ou à large bande fonctionnant jusqu'à environ 100 MHz ont été réalisés. Le schéma général de la structure amplificatrice est donné en figure 20a. Les performances en signal et en bruit du montage se déduisent des caractéristiques en petits signaux données en section . En adoptant la représentation illustrée en figure 20a, où l'on considère le dispositif alimenté par un générateur de tension e d'impédance interne Zg , le gain en tension s'écrit :
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - TESCHE (C.D.), CLARKE (J.) - dc SQUID : noise and optimization. - J. Low Temp. Phys., 29, p. 301 à 331 (1977).
-
(2) - TESCHE (C.D.), CLARKE (J.) - dc SQUID : current noise. - J. Low Temp. Phys., 37, p. 397 à 403 (1979).
-
(3) - Conductus a fermé la division « Instrument & Systems Division ». - Cette activité a été reprise par Tristan Technologies en 1997.
-
(4) - KETCHEN (M.B.), JAYCOX (J.M.) - Ultra-low noise tunnel junction dc SQUID with a tightly coupled planar input coil. - Appl. Phys. Lett., 40, p. 736 à 738 (1982).
-
(5) - JAYCOX (J.M.), KETCHEN (M.B.) - Planar coupling scheme for ultra noise dc SQUID's. - IEEE Trans. Mag., 17, p. 400 à 403 (1981).
-
(6) - KOELLE (D.), MIKLICH (A.H.), LUDWIG (F.), DANTSKER (E.), NEMETH (D.), CLARKE (J.) - DC...
ANNEXES
Superconducting Electronics. Edited by Harold Weinstock and Martin Nisenoff NATO ASI Series. Series F : Computer and Systems Sciences, Vol. 59 (1989).
Superconducting Devices. Edited by Steven T. Ruggiero and David A. Rudman. Academic Press, Inc., New York (1990).
The New Superconducting Electronics. Edited by Harold Weinstock and Richard W. Ralston. NATO ASI Series. Series E : Applied Sciences. Vol. 251 (1993).
Edited by John Clarke and Alex I. Braginski. SQUID Handbook – Vol. 1 Fundamentals and Technology of SQUID and SQUID Systems. Wiley-VCH, Berlin, Germany, 409 p. (2004).
Edited by John Clarke and Alex I. Braginski. SQUID Handbook – Vol 2 : Applications. Wiley-VCH, Berlin, Germany, 634 p. (2006).
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Tristan Technologies
STAR Cryoelectronics
Neocera Inc.
4-D Neuroimaging Inc.
http://www.4dneuroimaging.com/
CTF System Inc.
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