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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
DOI (Digital Object Identifier)
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Mise en œuvre d'un SQUID continuArticle inclus dans l'offre
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4. Réalisation de jonctions Josephson et de SQUID : aspects technologiques
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La technologie des jonctions Josephson à basse température critique, appelées « jonctions LTc » est maintenant bien établie. Il s'agit pour l'essentiel de jonctions correspondant à l'empilement Nb-AlOx-Nb, et sont donc de type supraconducteur-isolant-supraconducteur (figure 9). Elles sont shuntées par une résistance pour obtenir un comportement non hystérétique. Leurs caractéristiques sont stables en cyclage thermique, reproductibles, répondant bien à la théorie, et ne présentent un bruit excédentaire qu'à très basse fréquence (f ≤ 10 Hz). Le bruit excédentaire dépend de la qualité des différentes interfaces, il varie donc d'une réalisation à l'autre. C'est pourquoi la résolution énergétique ε d'un SQUID est spécifiée à haute fréquence (niveau de bruit blanc) et à 1 Hz (indiquant le niveau de bruit excédentaire en 1/f) ; des procédures de modulation particulières permettent de réduire sensiblement le niveau de bruit en 1/f d'un système à base de SQUID (§ 5.2.1).
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La technologie des jonctions à haute température critique, appelées « jonctions HTc », est moins bien établie, en raison de la faible valeur de la longueur de cohérence des paires de Cooper dans les oxydes supraconducteurs à valence mixte qui n'a pas permis d'extrapoler facilement les techniques utilisées pour les supraconducteurs métalliques. Les couches minces élémentaires (YBaCuO, BiSrCaCuO, TIBaCaCuO) doivent en particulier être épitaxiées sur des substrats à paramètres de maille adaptés (MgO, SrTiO3, ZrO2), car des joints de grains ont, dans certaines conditions, des manifestations de type jonction Josephson. C'est pourquoi les premières approches technologiques de réalisation des jonctions Josephson se sont appuyées sur la maîtrise...
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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).
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(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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