Тонкопленочные гетероструктуры оксидных сверхпроводников и их применение для сверхпроводниковых квантовых интерферометров

Фалей, Михаил Ильич

Тонкопленочные гетероструктуры оксидных сверхпроводников и их применение для сверхпроводниковых квантовых интерферометров тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

Фалей, Михаил Ильич АВТОР

доктора физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2005 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.01 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Тонкопленочные гетероструктуры оксидных сверхпроводников и их применение для сверхпроводниковых квантовых интерферометров»

Автореферат диссертации на тему "Тонкопленочные гетероструктуры оксидных сверхпроводников и их применение для сверхпроводниковых квантовых интерферометров"

На правах рукописи ---------

----

ФАЛЕЙ Михаил Ильич

ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ ОКСИДНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ СВЕРХПРОВОДНИКОВЫХ КВАНТОВЫХ ИНТЕРФЕРОМЕТРОВ

Специальность 01.04.01 Приборы и методы экспериментальной физики

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва - 2005

Работа выполнена в Институте радиотехники и электроники Российской академии наук и в Исследовательском центре Юлих (Forschungszentrum Jülich), Юлих, Германия.

Официальные оппоненты:

профессор, доктор физико-математических наук Снигирев Олег Васильевич

доктор физико-математических наук Гринберг Яков Симхонович

доктор технических наук Котелянский Иосиф Моисеевич

Ведущая организация: Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН (ИЗМИРАН)

Защита состоится « 11 » ноября 200 5 г. в 10-00 на заседании диссертационного совета Д 002.231.03 в Институте радиотехники и электроники РАН по адресу: 125009, ГСП-9, г. Москва, ул. Моховая, д. 11, корп. 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института радиотехники и электроники РАН.

Автореферат разослан « 7 » октября 200 5 г. Ученый секретарь специализированного совета

Перцовский М. И.

ZOpG-4

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

На момент начала работы автора по данной теме (1989 г.) только разрабатывались методики эпитаксиального осаждения пленок оксидного сверхпроводника YBa2Cu307.x (YBCO) [Wu et al., 1987] и технологически совместимой с ним несверхпроводящей керамики РгВа2Сиз07.х (РВСО) [Poppe et al., 1989] на подложки SrTi03 и LaAI03. Проводились первые попытки изготовления ВТСП джозефсоновских переходов различного типа, а также оптимизация и сравнение их характеристик с целью выявления лучших переходов для конкретных применений. Появились первые ВТСП СКВИДы, уступающие на 3 - 4 порядка по чувствительности НТСП СКВИДам. Весьма проблематичной была интеграция ВТСП СКВИДов в измерительные системы из-за быстрой деградации пленок оксидных сверхпроводников в

воздухе, а также из-за отсутствия апробированных методов их пассивирования и/или капсулирования.

В настоящей работе проведены разработка, оптимизация и изучение характеристик элементов ВТСП электроники на примере ВТСП гетероструктур, включающих метаплооксидные пленки, джозефсоновские контакты и ПТ-СКВИД сенсоры. В работе было выполнено исследование и совершенствование эпитаксиального роста в ВТСП гетероструктурах. Кроме того, был разработан оригинальный метод структурирования ВТСП пленок, который был применен для создания оригинальных квазипланарных джозефсоновских переходов, а также для разработки множества разнообразных ВТСП СКВИД магнитометров и градиометров, имеющих рабочую температуру 77.4 К. Ввиду актуальной потребности в СКВИДах основной упор в данной работе был сделан на разработке воспроизводимой технологии высококачественных и надежных ВТСП ПТ-СКВИД сенсоров, пригодных для интеграции в многоканальные измерительные системы. Была также выполнена апробация ПТ-СКВИДов для различных применений. В целом работа представляет собой комплекс исследований, направленных на решение всей совокупности проблем, начиная с разработки и приготовления ВТСП микроструктур и изучения их фундаментальных свойств и кончая созданием конкуррентноспособных ВТСП ПТ-СКВИД систем, обладающих рекордными характеристиками и предназначенными для множества актуальных применений.

Целью диссертационной работы является решение следующих основных проблем:

1. Разработка эпитаксиальных гетероструктур оксидных сверхпроводников с котролируемыми на атомарном уровне межслойными границами.

2. Разработка и усовершенствование квазипланарных и бикристаллических джозефсоновских ВТСП переходов с целью увеличения их характерного напряжения Ус = уменьшения шумов и улучшения воспроизводимости, необходимые для повышения чувствительности СКВИДов.

3. Разработка ВТСП ПТ-СКВИД магнитометров и градиометров с оптимизацией наиболее важных для различных применений параметров.

4. Апробация ВТСП ПТ-СКВИД магнитометров и градиометров в измерительных системах для применений в биомагнетизме и неразрушающем контроле материалов.

Научная новизна работы. Следующие результаты получены впервые и

выносятся на защиту: 1. Усовершенствование метода напыления при высоком давлении кислорода до уровня, достаточного для рутинного получения высококачественных пленок оксидных материалов, в частности, УВСО и РВСО. Это оказалось

возможным, в частности, благодаря разработанному автором методу металлизации мишеней.

2. Экспериментально изучена связь между микроструктурными и транспортными свойствами гетероструктур с пленками УВСО и РВСО, изготовленными методом напыления при высоком давлении кислорода.

3. Экспериментально изучены различные методы окисления пленок УВСО и его влияние на транспортные свойства пленок. Впервые показано, что окислительная способность кислородной плазмы, создаваемой микроволновым излучением или тлеющим разрядом в напылительной установке при давлении ~ 4 мбар, значительно превышает окислительную способность молекулярного кислорода при атмосферном давлении. Данное исследование позволило оптимальным образом насыщать кислородом джозефсоновские переходы и многослойные гетероструюуры для достижения их наивысших сверхпроводниковых параметров.

4. Разработана методика формирования рисунка в пленках УВСО и РВСО с помощью фотолитографии электронного фоторезиста РММА и химического травления пленок в безводном спиртовом растворе брома. Изучены микроструктурные и транспортные свойства межслойных соединений, образованных данным химическим травлением. Показано, что в отличии от травления электронным пучком безводное химическое травление позволяет получать атомарно-чистые межслойные границы, пропускающие на порядок большую плотность джозефсоновского тока.

5. Экспериментально разработаны и исследованы джозефсоновские ВТСП переходы нового типа - квазипланарные переходы с прослойкой из РВСО в качестве туннельного барьера с прыжковым типом проводимости, приготовленные методом безводного химического травления в спиртовом растворе брома. Изучены транспортные и микроволновые свойства данных переходов. Показано, что в отличие от стандартных торцевых переходов они имеют меньшее сопротивление, несут больший сверхток и способны работать в больших магнитных полях. Разработаны и изучены бикристаллические переходы субмикронной ширины на бикристаллических подложках 8гТЮ3.

6. Впервые предложен и внедрен способ модификации межслойных границ в металлооксидных гетероструктурах с помощью бомбардировки ионным пучком или имплантацией ионов и основанный на малости плотности носителей в металлооксидных материалах.

7. Экспериментально разработаны и исследованы ВТСП СКВИДы с использованием квазипланарных и субмикронных бикристаллических переходов. Проведена оптимизация пленок, джозефсоновских переходов и конфигурации СКВИДов для работы при темпрературе жидкого азота 77.4 К. Обнаружено, что ВТСП ПТ-СКВИДы с квазипланарными джозефсоновскими переходами благодаря эффекту частичного экранирования внешнего магнитного поля верхним электродом способны

работать в полях до ~0.1Тл без существенного подавления тока смещения. В случае с субмикронными бикристаллическими переходами достигнуты оптимальное для СКВИДов значение Я,, ~ 10 Ом и характерное напряжение Ус ~ 0.4 мВ при температуре 77.4 К, что позволило рутинным образом получать СКВИДы с большей глубиной модуляции, лучшим разрешением по магнитному потоку и улучшенной стабильностью при работе в магнитно-неэкранированном пространстве.

8. На основе представленной в пунтктах 1-6 технологии были экспериментально разработаны, изготовлены, оптимизированы и исследованы многовитковые тонкопленочные трансформаторы потока в магнитометрической и градиометрической конфигурации с использованием РВСО в качестве межслойной изоляции и безводного химического травления для формирования рисунка в нижних слоях. Изучены микроструктурные, шумовые и транспортные свойства трансформаторов потока.

9. На базе представленных в пункте 7 ВТСП ПТ-СКВИДов и представленных в пункте 8 трансформаторов потока созданы сверхчувствительные магнитометры и градиометры, имеющие разрешение, соответственно, ~ 6 фТЛ/Гц и ~ 30 фТ/смл/Гц при 77.4 К, что вплоть до настоящего времени является мировым рекордом для ВТСП СКВИД датчиков. Разработано оригинальное капсулирование датчиков, позволяющее достигать наилучшие шумовые характеристики датчиков в магнитно-неэкранированном объёме и обеспечивать их долговременную стабильность к термоциклированию и хранению в воздухе при комнатной температуре.

10. Проведена апробация представленных в пункте 9 ВТСП ПТ-СКВИД магнитометров и градиометров, в частности, для применений в биомагнетизме и неразрушающем контроле материалов. Установлено, что данные датчики удовлетворяют предъявляемым требованиям и могут быть использованы как для вышеупомянутых, так и для многих других применений. Оказалось, что по чувствительности, помехозащищенности и долговременной стабильности данные датчики превзошли все известные аналоги, произведенные во множестве конкурирующих лабораторий по всему миру.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в разработке технологии многослойных гетероструктур оксидных сверхпроводников и, в частности, технологии приготовления сверхчувствительных датчиков магнитного поля и градиента магнитного поля, способных стабильно функционировать в магнитно-неэкранированном объеме. Проведенный цикл исследований позволил:

1. Существенно усовершенствовать приготовление пленок УВСО и РВСО методом напыления при высоком давлении кислорода, который позволяет

сохранить стехиометрию и получать наилучшее качество микроструктуры и других параметров оксидных пленок. В частности, предложенный и внедренный автором способ металлизации мишеней позволил существенно улучшить стабильность кислородной плазмы и долговременную стабильность мишеней. Данный метод также может быть использован (и в настоящее время уже широко используется) для напыления многих других оксидных пленок, таких как, например, пленок ВТСП ReBa2Cu307.x (Re= Y, Pr, Nd, Gd, Ho, Eu), Bi2Sr2Ca,Cu2Oy, Bi2Sr2Ca2Cu3Oy, (ВаК)ВЮз, Nd2.x(CeSr)xCu04, пленок диэлектриков SrTi03, LaAIOj, BaTi03, BaTbOj, Ce02, NdCaA104, MgO, Y203, YSZ, пленок материалов с колоссальным магнитным сопротивлением (LaCa)Mn03, (PrSr)Mn03 и многих других.

2. Изучение различных методов окисления пленок YBCO позволило оптимальным образом насыщать кислородом джозефсоновские переходы и многослойные гетероструктуры оксидных сверхпроводников для достижения их наилучших сверхпроводниковых параметров.

3. Разработана специальная методика формирование рисунка в тонкопленочных гетероструктурах YBCO и РВСО с помощью фотолитографии электронного фоторезиста РММА и химического травления пленок в безводном спиртовом растворе брома. Данная методика позволила получать атомарно-чистые поверхности, пропускающие рекордно большой сверхток. Продемонстрирована возможность комбинации данного метода с электронно-лучевым травлением для формирования рисунка с микронным разрешением, что существенно расширяет область применения данной технологии.

4. Предложен и внедрен способ модификации межслойных границ металлооксидных пленок с помощью бомбардировки ионным пучком (interface engineering). В дальнейшем данный метод был широко использован, в частности, для создания высокочастотных цифровых интегральных ВТСП микросхем, как способный обеспечить наилучшую воспроизводимость ВТСП переходов.

5. Экспериментально разработанные и исследованные ВТСП СКВИДы с использованием квазипланарных и субмикронных бикристаллических переходов имеют широкий спектр применений благодаря высокой рабочей темпрературе 77.4 К, возможностью работы при повышенных значениях магнитного поля, большой глубиной модуляции, хорошим разрешением по магнитному потоку и улучшенной стабильностью при работе в магнитно-неэкранированном пространстве. В частности, представляется перспективным использование данных СКВИДов для целей неразрушающего контроля и магнитной микроскопии.

многовитковых тонкопленочных трансформаторов потока. Большая величина сверхтока данных трансформаторов потока позволяет их использование при перемещениях в земном магнитном поле. Последнее открывает широкие возможности для использования чувствительных ВТСП магнитометров и градиометров, в частности, при таких геомагнитных исследованиях, как, например, магнитном картографировании местности в археологии.

7. Созданные на базе вышеупомянутых ПТ-СКВИДов и трансформаторов потока свехчувствительные магнитометры и градиометры имеют разрешение ~ 6 фТлЛ/Гц и ~ 30 фТл/см^Гц при температуре жидкого азота, что вплоть до настоящего времени является непревзойденным мировым рекордом. Разработанное оригинальное капсулирование датчиков, позволяет достигать наилучшие шумовые характеристики датчиков в магнитно-неэкранированном объеме и обеспечивать их долговременную стабильность к термоциклированию и хранению в воздухе при комнатной температуре. Оказалось, что по чувствительности, помехозащищенности и долговременной стабильности данные датчики превосходят все известные аналоги, производимые во множестве конкурирующих лабораторий по всему миру. Сочетание лучшего разрешения и стабильности явились решающими факторами, определившими использование данных датчиков во множестве измерительных СКВИД систем.

8. Проведенная апробация вышеупомянутых СКВИД магнитометров и градиометров, в частности, для применений в биомагнетизме и неразрушающем контроле материалов показала, что датчики удовлетворяют предъявляемым требованиям и могут быть использованы как для вышеупомянутых, так и для многих других применений.

Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах ИРЭ РАН, на заседаниях немецкого физического общества, на научных семинарах университета г. Вупперталь и Института Твердотельных Исследований Исследовательского Центра г. Юлих (Германия). Основные положения и результаты диссертации докладывались на 47 всесоюзных и международных конференциях, таких как: международных конференциях по прикладной сверхпроводимости (Applied Superconductivity Conference, ASC) в 1990, 1992, 1994, 1996, 1998 и 2000 годах; европейских конференциях по прикладной сверхпроводимости (European Conference on Applied Superconductivity, EuCAS) в 1991, 1993, 1995, 1997, 1999, 2001 и 2003 годах; международных конференциях по биомагнетизму (Biomag) в 2000 и 2002 годах; международных конференциях по материалам и механизмам сверхпроводимости и высокотемпературным свехпроводникам (Materials and Mechanisms of Superconductivity and High Temperature Superconductors, M2S-

HTSC) в 1994 и 2000 годах; международных конференцях по сверхпроводниковой электронике (International Superconducting Electronics Conference, ISEC) в 1995 и 1997 годах; международных конференцях по криоохладителям (International Cryocooler Conference, ICC) в 1996 и 1997 годах; VI Трехстороннем Германо-Российско-Украинском Семинаре по высокотемпературной сверхпроводимости в 1993 году и многих других.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 80 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, списка публикаций автора по теме диссертации и списка цитированной литературы. Объем диссертации составляет 402 страницы, включая 175 рисунков и список литературы из 302 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы, сформулирована ее цель, отмечается научная новизна и практическая ценность диссертации, описана структура диссертации.

Глава 1 посвящена приготовлению и изучению свойств тонких эпитаксиальных пленок YBCO и РВСО, а также приготовлению и изучению свойств тонкопленочных эпитаксиальных гетероструктур, содержащих один или несколько слоев YBCO. В разделе 1.1 описано получение пленок с помощью метода катодного напыления в , fin-axis "-конфигурации и изучение их микростуктурных и транспортных свойств. Данный метод представляется одним из наиболее перспективных с точки зрения отношения качество/стоимость, так как он поволяет получать наилучшие сверхпроводящие и структурные свойства и, например, в отличие от лазерного испарения не требует наличия дорогостоящей и громоздкой лазерной установки. Были изучены особенности катодного распыления YBCO в диапазоне парциальных давлений кислорода от ~10"3мбар до ~ 4 мбар. При малых парциальных давлениях кислорода использовалась смесь кислород-аргон с суммарным давлением ~ 0.02 мбар. При этом наблюдалось отличие стехиометрии ВТСП пленок от стехиометрии мишени из-за бомбардировки подложки отрицательными ионами кислорода, приводящей к выбиванию атомов меди из пленки. Дефицит меди в пленках зависит от таких параметров, как температура подложки, парциальное давление кислорода, расстояние мишень-подложка, напряжения смещения на мишени, мощности ВЧ-разряда, плотности мишени и других. Восстановление стехиометрии пленок было выполнено с помощью введения избыточного количества окиси меди в состав мишени или распылением мишени YBCO с медными включениями. Избежать эффекта перераспыления

материала пленки оказалось возможным напылением в чистом кислороде при давлении выше ~ 2 мбар. При этом давлении ионы кислорода успевают передать большую часть своей энергии молекулам газа и практически термализуются до момента своего столкновения с подложкой. Для напыления в данных условиях потребовалось использование и дальнейшее развитие специальной напылительной техники [Poppe et al., 1992], так как, например, малая длина свободного пробега при данном давлении не позволяла использование миллиметровых зазоров в качестве изолятора между мишенью и корпусом, находящимся под нулевым потенциалом. Метод напыления при высоком давлении кислорода был усовершенствован до уровня, достаточного для рутинного получения высококачественных пленок оксидных материалов, в частности, YBCO и РВСО. Это оказалось возможным, в частности, благодаря разработанному автором методу металлизации мишеней с помощью контролируемой диффузии серебра. Также важным было обнаружение автором условий стабильности тлеющего разряда в кислородной плазме при совокупности параметров напыления, необходимых для получения наилучших микроструктурных и сверхпроводящих свойств пленок. Для получения пленок или гетероструктур толщиной до ~ 1 мкм требовалось проводить разработанную автором специальную корректировку температуры нагревателя, компенсирующую изменение излучающей способности подложки с пленкой в процессе напыления. В данном разделе также представлены микроструктурные и транспортные свойства приготовленных автором тонких пленок YBCO и РВСО.

В разделе 1.2 проведено изучение различных методик окисления пленок YBCO и РВСО. Сверхпроводящие и структурные параметры пленок сильно зависят от величины дефицита кислорода <а» в решетке YBa2Cu307.x. Фаза с критической температурой Тс ~ 90 К и параметр кристаллической решетки «с» в пределах 1.168 им -=- 1.170 нм существуют при х < 0.2. При значениях 0.2 < х < 0.4 Тс ~ 60 К, а 1.172 < с < 1.176 нм. В случае х > 0.4 сверхпроводимость в YBCO отсутствует, а параметр кристаллической решетки с > 1.178 нм. При оптимизированных условиях напыления и последующего охлаждения большая часть пленок и гетероструктур оказывались достаточно хорошо насыщенными кислородом уже при выемке из напылительной установки. Однако, в ряде случаев для многослойных структур требовалось более длительное или дополнительное окисление. Например, оказалось особенно трудно насыщать кислородом ближайшие к подложке слои, блокированные напыленной поверх них высококачественной пленкой SrTi03. Автором было выполнено сравнение степени окисления пленок YBCO и РВСО в (а) молекулярном кислороде при различных давлениях, (б) в атомарном кислороде, создаваемом в кислородной плазме под действием микроволнового излучения и (с) в атомарном кислороде, создаваемом в напылительной установке при катодном распылении мишени

УВСО. Степень окисления пленки качественно контролировалась посредством измерения т-яИи ее сопротивления четырехточечным методом с использованием платиновых контактов и токовводов. Величина х оценивалась согласно условиям окисления в молекулярном кислороде [1лпс1етег е/ а/., 1991] [Реешй-а е1 а!., 1991]. Было установлено, что существенная диффузия кислорода из пленок начинается с увеличением температуры образца выше ~300°С. При температуре образца ~470°С время насыщения качественных ¿-ориентированных пленок УВСО и РВСО составляет около одного часа. Сопротивление пленок минимально при включенном разряде и практически не зависит от давления в диапазоне (1 10) мбар, что может объясняться уменьшением коэффициента диффузии атомов кислорода по мере достижения насыщения (х « 0) пленок кислородом [Урицкий и др., 2003]. Даже после окисления при одной атмосфере молекулярного кислорода сопротивление пленки оказывалось больше, а сверхпроводящие свойства УВСО, соответственно, хуже, чем после отжига в активированном кислороде при давлении ~ 3 мбар кислородной плазмы. Аналогичные измерения, проведенные в напылительной установке, показали, что окислительная способность активированного кислорода, генерируемого плазмой катодного разряда при давлении ~3мбар также в ~ 1000 раз превосходит окислительную способность молекулярного кислорода, находящегося при атмосферном давлении.

Раздел 1.3 посвящен структурированию металлооксидных пленок методами безводного химического и ионного травления. Для изготовления микроэлектронных устройств на основе металлооксидных гетероструктур требуется разработка специализированной технологии структурирования керамических пленок. Основная проблема состоит в том, что ВТСП пленки являются химически активными. Пленки разлагаются при контакте с водой и щелочью, используемых в стандартной литографии на основе КЪ-фоторезиста. Ионно-лучевому травлению присущи два паразитных эффекта: нарушение кристаллической структуры на поверхности пленки и перераспыление материала пленки и подложки на края маски. Нарушение кристаллической структуры на поверхности пленки и перераспыление материала при ионно-лучевом травлении являются серьезными препятствиями для протекания сверхпроводящего тока в ВТСП гетероструктурах. Длина когерентности в УВСО при 77 К составляет величину ~ 30 А в плоскости аЪ и ~ 5 А вдоль направления с. Для существенного подавления сверхтока оказывается достаточным разрушение или даже только деформация всего одного монослоя УВСО для подавления критического тока переходов. При ионно-лучевом травлении происходит аморфизация поверхностного слоя пленки. Во время напыления последующего слоя, происходящего при температуре ~ 800 °С, происходит отжиг, рекристаллизация и только частичное восстановление данного слоя.

Перспективной альтернативой или дополнением к традиционному ионно-лучевому травлению ВТСП пленок представляется безводное химическое травление в спиртовом растворе брома. Как было показано в работе [Vasquez et al., 1989] с помощью XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) в результате травления тонких пленок или монокристаллов YBCO в спиртовом растворе брома их поверхность не загрязняется материалом подложки и имеет пренебрежимо малую структурную деградацию. Более того, данный раствор не меняет локальной стехиометрии поверхности и даже не меняет окислительного состояния меди.

Автором была разработана безводная технология структурирования пленок YBCO и РВСО с помощью 0.2 мкм фотолитографии на электронном фоторезисте РММА (polymethyl methacrylate) с последующим химическим травлением керамических пленок в (0.1+0.3) % спиртовом растворе брома. Электронный РММА-фоторезист был выбран автором из тех соображений, что в отличии от стандартного AZ-фоторезиста он не растворяется и не деградирует в спиртовом травителе. Маски, изготовленные из РММА-фоторезиста сохраняют субмикронный рисунок при химическом травлении керамических пленок в растворе брома в этиловом спирте. Спиртовый раствор брома стравливает незащищенную фоторезистом поверхнось пленки и подтравливает под край маски. В процессе травления подтрав под маску происходит в ~ 30 раз быстрее, чем в направлении к подложке. В результате создается пологий край пленки с углом наклона более 1.7°. При дальнейшем травлении раствор сильнее действует на тонкую часть пленки, что приводит к увеличению угла наклона. За время полного стравливания остатков пленки с незащищенных фоторезистом участков угол наклона увеличивается до приблизительно 3-х градусов. Этот факт был в дальнейшем использован автором для приготовления квазипланарных джозефсоновских переходов и трансформаторов потока.

В разделе 1.4 описан разработанный и запатентованный автором [А34, А35, А66] метод модификации межслойных границ, используемый в том числе для создания так называемых „interface engineered junctions" [Moeckly et al., 1997]. Суть метода заключается в изменении проводимости границы между пленками за счет бомбардировки ионным пучком или имплантации небольшого количества инородных атомов. Физическая природа возникающего эффекта уменьшения проводимости и создания слабой связи состоит в образовании обедненного носителями (дырками) слоя вблизи деформированной микроструктуры кристаллической решетки металлооксидных пленок. Ввиду малой концентрации носителей в ВТСП ~ 10"2,см"3 толщина обедненного слоя оказывается сравнимой с длиной когерентности в YBCO £ ~ 1 нм, что позволяет использование такого слоя в качестве слабой связи. Модификация границы между пленками YBCO и РВСО позволяет существенно подавлять эффект близости между ними.

Одномерная проводимость цепочек СиО в YBCO и РВСО очень чувствительна к беспорядку в кристаллической структуре и может быть легко нарушена. Подобное локальное возмущение в кристаллической структуре на интерфейсе можно выполнить, например, с помощью ионной бомбардировки. Возникающий беспорядок в кристаллической структуре разрушает цепочки и приводит к трансформации части зоны проводимости в набор локализованных состояний. Таким образом, верх зоны проводимости эффективно смещается вниз по энергии ниже уровня Ферми на модифицированной межслойной границе. Для РВСО электрода это эквивалентно приложенному положительному контактному потенциалу в отличии отрицательного контактного потенциала при «чистом» контакте с YBCO. Введение дефектов в кристаллическую структуру увеличивает сопротивление пленок РВСО и YBCO. В результате кулоновского отталкивания носителей в неупорядоченных образцах происходит уменьшение коэффициента диффузии дырок и плотности состояний носителей вблизи уровня Ферми.

В разделе 1.5 рассматриваются микроструктурные и транспортные свойства гетероструктур YBCO/PBCO/YBCO. Большими преимуществами гетероструктур YBCO/PBCO/YBCO является почти идеальное кристаллографическое соответствие, близкие условия приготовления и окисления пленок YBCO и РВСО. Постоянные решетки YBCO близки к постоянным решетки РВСО. Рост и окисление гетероструктур YBCO/PBCO/YBCO возможно проводить при тех же условиях, что и на одиночной пленке YBCO. Сверхпроводящие параметры пленок YBCO оставались неизменными независимо от того была она покрыта или нет пленкой РВСО или была напылена поверх пленки РВСО. Для насыщения кислородом гетероструктуры YBCO/PBCO/YBCO оказалась достаточной стандартная процедура окисления в напылительной установке.

Изолирующие свойства прослойки РВСО можно увеличить введением беспорядка в кристаллической структуре РВСО. Наиболее распространенным способом введения дефектов в кристаллическую структуру РВСО является допирование галлием. Частичная замена меди в цепочках галлием увеличивает в основном продольное сопротивление пленок РгВа^из.хСахОт.у. Это увеличение сопротивления указывает на локализацию носителей тока из-за увеличеннного беспорядка в цепочках СиО. При дотировании пленок РВСО галлием происходит частичная замена атомов меди Си+2 в цепочках на атомы галлия Ga+3, что прерывает цепочки и, следовательно, уменьшает их вклад в проводимость.

Наилучшая изоляция достигается для соединения PrBa2Cu2 ssGao 15O7.5. В данном случае продольное рт и поперечное рс удельные сопротивления совпадают и в ~ 100 раз превышают рс для слоя РВСО. Однако существенным недостатком допирования галлием является увеличивающаяся нестабильность с-ориентации пленки PrBa2Cu3.xGax07.y при увеличении

концентрации галлия "х". Уже при коцентрации х ~ 0.15 несмотря на все принимаемые меры в пленках наблюдалась некоторая доля а-ориентированных гранул. Наличие а-ориентированных гранул не только ослабляет изолирующие свойства прослойки, но и приводит к возникновению шумов.

Альтернативным методом увеличения эффективного удельного сопротивления прослойки РВСО является использование описанного в предыдущем разделе метода модификации границ прослойки РВСО с прилегающими сверхпроводящими электродами, а также введение неупорядоченности в кристаллическую решетку РВСО. Таким образом удалось увеличить на три порядка эффективное удельное сопротивление прослойки РВСО.

В завершающем разделе 1.6 главы 1 сформулированы краткие выводы.

Глава 2 посвящена приготовлению и свойствам квазипланарных и бикристаллических джозефсоновских переходов на базе ВТСП.

В разделе 2.1 описаны транспортные свойства гетероструктур УВС0/А^А10Х/А1. Целью данного исследования было туннельное зондирование параметра порядка в пленках УВСО. В качестве туннельного барьера использовались тонкие пленки А1 с естесственным окислом А1203, широко применяющихся для получения воспроизводимых туннельных контактов между пленками № [вигуксЬ е/ а/., 1983]. На поверхность свежеприготовленной пленки УВСО наносилась т-зНи пленка серебра толщиной ~ 10 нм и пленка алюминия толщиной ~ 5 нм. Пленка серебра, с одной стороны, имела хороший электрический контакт с пленкой УВСО, а с другой стороны служила барьером против диффузии кислорода из УВСО в алюминий. Туннельный барьер образовывался в результате окисления пленки алюминия в воздухе в течении ~ 10 часов. Затем наносился второй электрод из пленки алюминия толщиной ~ 200 нм. Площадь туннельного перехода ~ 0.5 мм2 ограничивалась площадью окна в пленке БЮ, напыленной через маску поверх туннельного барьера. Характерной чертой данных переходов является наличие аномалии при нулевом смещении, на фоне которой при понижении температуры ниже ~ 40 К возникают особенности, характерные для переходов типа «сверхпроводник-изолятор-нормальный металл». Симметричные аномалии при напряжениях смещения + 25 мВ соответствуют значениям амплитуды параметра порядка в УВСО.

В разделе 2.2 описана методика приготовления квазипланарных джозефсоновских переходов. Автором была разработана технология приготовления торцевых джозефсоновских переходов УВСО/РВСО/УВСО с помощью безводного химического травления нижнего электрода. Переходы имеют в качестве барьера и изолятора пленки из РВСО. Данное химическое травление в спиртовом растворе брома позволяет практически исключить деградацию поверхности и, соответственно, позволяет получать структурно чистые границы. На подложки (100) 8гТЮ3 или (100) ЬаАЮ3 первоначально

напылялась двухслойна УВСО/РВСО в которой пленка из РВСО покрывала и пассивировала поверхность пленки УВСО, а в дальнейшем служила изолятором между сверхпроводящими слоями. Следующим шагом при помощи вышеописанной фотолитографии с электронным фоторезистом РММА и безводного химического травления стравливалась часть пленки. После процедуры специальной очистки образца на него напылялись тонкий слой РВСО и „/и-лч'/и" второй слой УВСО. В результате второго структурирования, проводимого при помощи стандартной фотолитографии с использованием стандартного фоторезиста кЪЫ\\ и ионно-плазменного травления, формировался верхний электрод перехода, шириной (2 - 10) мкм. Для получения электрического контакта использовались контактные площадки из пленок серебра, напыленных на свежую поверхность пленок УВСО.

В разделе 2.3 описаны микроструктурные свойства квазипланарных переходов. Структура образованного описанным выше методом контакта УВСО/РВСО/УВСО была изучена с помощью ТЕМ. Как при этом выяснилось, угол наклона торца, как правило, составляет всего ~ 3°. В связи с этим данные переходы были названы квазипланарными в отличии от торцевых переходов, изготовленных с помощью ионно-плазменного травления и имеющих наклона торца ~ 30°. Изучение с помощью ТЕМ высокого разрешения выявило ряд дополнительных особенностей данных переходов. Барьерный слой РВСО и верхний электрод были нанесены после проведенной "ех-$Ии" литографии с безводным химическим травлением нижележащих слоев. Во всех четырех последованельно нанесенных металлооксидных слоях наблюдался эпитаксиальный рост с почти 100 % ориентацией оси с перпендикулярно плоскости подложки. Структурные нарушения на границах между слоями, включая приготовленную "ех-^йм" границу также практически отсутствовали. Вероятность микрозакороток по антифазным границам для используемых толщин барьерного слоя более 20 нм представляется малой.

В разделе 2.4 рассматриваются транспортные свойства квазипланарных переходов на постоянном токе. Для данных переходов были измерены:

(1) вольт-амперные характеристики переходов при различных температурах;

(2) разброс вольт-амперных характеристик для различных переходов на подложке; (3) температурные зависимости плотности критических токов квазипланарных переходов с барьерным слоем РВСО и без барьера; (4) зависимость плотности критического тока }с переходов от толщины <1 барьера; (5) температурная зависимость сопротивления перехода Я(Т); (6) температурная зависимость нормального сопротивления Я,, переходов шириной 5 мкм для различных толщин барьера РВСО; (7) температурные зависимости характерного напряжения Ус= 1ск„. Наблюдаемые вольт-амперные характеристики квазипланарных переходов при азотной температуре соответствуют 118.1-модели и имеют малый избыточный ток.

При понижении температуры ниже ~ 50 К наблюдался быстрый рост критического тока переходов и их отличие от RSJ-модели. В случае тонкого (<20 нм) барьерного слоя РВСО вольт-амперные характеристики сглаживались и они приобретали flux-flow вид. Увеличение толщины барьерного слоя приводило к уменьшению критического тока и смене вида вольт-амперных характеристик с flux-flow на гистерезисные. Наблюдалась высокая воспроизводимость вольт-амперных характеристик переходов, изготовленных на одной подложке. Наблюдаемый разброс критических токов для переходов шириной ~ 10 мкм и с толщиной барьерного слоя ~ 25 мкм составлял ~ 20 %. Уменьшение толщины барьерного слоя и ширины переходов приводило к увеличению разброса их параметров.

Температурные зависимости плотности критических токов квазипланарных переходов с барьерным слоем РВСО и без барьера были измерены в пределах от ~ 1 кА/см2 до -10 МА/см2. Для переходов без барьера плотность критического тока jc ~ (1-Т/Тс)зл ограничивается критическим током пленок YBCO [Christen et al., 1989]. Наличие барьерной прослойки РВСО не только уменьшает критический ток перехода, но также меняет его температурную зависимость. Для толщин барьерной прослойки более 3 нм были получены зависимости jc ~ (1-Т/Тс)2, характерные для переходов SNS типа [de Gennes, 1964]. Зависимость плотности критического тока jc переходов от толщины d барьера также проявляет хорошее соответствие наблюдаемой зависимости с теорией эффекта близости для SNS

На температурной зависимости сопротивления перехода R(T) при температуре ниже температуры сверхпроводящего перехода YBCO электродов наблюдается резистивный участок, величина и протяженность которого возрастают с ростом нормального сопротивления переходов, что может быть объяснено термически возбужденным проскальзыванием фазы [Gross et al., 1990]. Температурные зависимости нормального сопротивления R„ переходов выявили наличие в барьере перехода металл-изолятор при увеличении толщины барьера РВСО, что соответствует прыжковой проводимости в РВСО и наблюдалось другими авторами [Tarutani et al., 1993] на мостиках из РВСО. Для типичных значениях толщины барьера ~ 20 нм нормальное сопротивление перехода составляло ~ 1 Ом, а плотность критического тока ~ 10 кА/см2. Температурные зависимости характерного напряжения Vc = ICR„ для квазипланарных переходов с различными толщинами барьера качественно соответствуют зависимостями VC(T) для SNS переходов с прозрачными границами [Куприянов и др., 1990]. Увеличение толщины барьерного слоя приводило к экспоненциальному уменьшению V„ что также укладывается в рамки SNS модели.

структур: Ic(T,d)-^-

В разделе 2.5 описываются микроволновые свойства квазипланарных переходов. Для проверки джозефсоновского характера слабой связи в переходах было проведено изучение ступенек Шапиро и детектирование микроволнового излучения из переходов. Максимальные значения Ус, достигнутые для квазипланарных джозефсоновских переходов составляют ~0.6мВ при 77.4 К и ~10мВ при 4.2 К. Эти величины открывают принципиальную возможность использования данных переходов по крайней мере до частот V, соответствующих напряжениям V = Ъу/2е порядка Ус и составляющих ~ 300 ГГц при 77.4 К и - 5 ТНг при 4.2 К. Для наблюдения ступеней Шапиро переход облучался излучением частотой ~ 2.8 ГГц, -133.8 ГГц или -300 ГГц. Амплитуда наблюдаемых ступеней осциллировала при изменении наведенного микроволнового тока в соответствии с теоретическими оценками, сделанными на основе 118.1-модели. Глубина модуляции при этом достигает ~ 100 % для всех ступеней. При 77.4 К четкие ступени Шапиро наблюдались при частоте генератора ~ 300 ГГц вплоть до напряжений - 4 мВ. Наблюдение нестационарного эффекта Джозефсона до столь высоких напряжений подтверждает способность квазипланарных джозевсоновских переходов работать до частот

Детектирование излучаемого из перехода СВЧ излучения проводилось с помощью нерезонансной радиометрической установки. Экспериментально измеренная при температуре - 80 К ширина линии джозефсоновского излучения близка к ширине линии генерации, обусловленной тепловыми шумами в переходе. Согласно ЯЗ.! модели чисто тепловых шумов ширина линии генерации Ду описывается следующим выражением [ЫкЬатеу, 1986], [Ч^аукт е/ а1, 1974]:

что хорошо соответствущим полученному при температуре ~ 80 К значению ~ 5 мкВ. С понижением температуры происходило увеличение ширины линии генерации из-за возникновения flux-flow или гистерезисного режимов.

Отклик на микроволновое облучение с образованием ступенек Шапиро, осциллирующая зависимость амплитуды ступеней Шапиро от наведенного СВЧ тока и прямое наблюдение джозефсоновской генерации вместе представляют убедительное доказательство джозефсоновского характера сверхпроводниковой связи в разработанных автором квазипланарных ВТСП переходах.

Раздел 2.6 посвящен методике приготовления субмикронных бикристаллических переходов, использованных для особо чувствительных СКВИДов. Для оптимизации шумовых свойств СКВИДов желательно иметь нормальное сопротивление переходов ~ 10 Ом при максимально возможном

- 2 ТГц.

характерном напряжении Ус, что наиболее просто реализуемо с помощью бикристаллических переходов. Использовались бикристаллические подложки БгЛОз (100) размером 10 х 10 х 1 мм3 с симметричной относительной разориентацией 20° - 24° в полоскости (100) подложки. Контроль качества бикристалпов осуществлялся с помощью оптического микроскопа с увеличением ~ 1000 в отраженном и проходящем свете. Выбирались бикристаллы без видимых (< 300 нм) дефектов на бикристаллической границе. Ширина бикристаллических переходов составляла (0.5-1)мкм и определялась возможностями фотолитографии с использованием фоторезиста А25214 и ионно-лучевого травления.

В разделе 2.7 описаны микроструктурные свойства бикристаллических переходов, изученные с помощью микроскопа атомных сил, сканирующего электронного микроскопа и просвечивающей электронной микроскопии. В частности, была обнаружена деградация берегов мостика на ширину ~ 200 нм с каждой стороны из-за ионно-лучевого травления, что необходимо учитывать при расчете на эффективной ширины переходов. Кроме того, оказалось, что бикристаллическая граница в пленке УВСО существенно отклоняется от бикристаллической границы в подложке. Размер спиралей роста пленок УВСО, изготовленных при высоком давлении кислорода составляет ~ 800 нм, а бикристаллическая граница в пленке образуется в месте слияния спиралей роста зародившихся на разных сторонах бикристалла. В результате, бикристаллическая граница в пленке отклоняется до ~ 300 нм по расстоянию от бикристаллической границы в подложке, внося дополнительную неопределенность в определение эффективной ширины перехода. Также ориентация бикристаллической границы в пленке местами отклоняется до 45° от ориентации бикристаллической границы в подложке. С точки зрения <1-симметрии волновой функции в плоскости аЬ пленки УВСО вариации отклонения бикристаллической границы должны приводить к соответствующей неоднородности протекания сверхтока.

В разделе 2.8 описаны транспортные свойства бикристаллические переходов. Обнаружено увеличение плотности критического тока 1с с уменьшением угла разориентировки бикристалла и зависимость характерного напряжения переходов Ус ~ (1С)°5, что находится в хорошем согласии с результатами работы [Н^епкатр е1 а1., 1998]. Для переходов с углом разориентировки 20° и шириной перехода ~ 0.7 мкм были получены при температуре 77 К следующие значения: ]с ~ 2 104 А/см2, Я,, ~ 10 Ом , 1с ~ 40 мкА и Ус ~ 400 мкВ. Вольт-амперные характеристики переходов имеют 118.1 вид с пренебрежимо малым избыточным током. При ширине переходов меньше ~ 1 мкм сильно увеличивается разброс их параметров из-за описанных выше технологических и микроструктурных особенностей.

В завершающем разделе 2.9 главы 2 сформулированы краткие выводы.

Глава 3 посвящена изучению автономных СКВИДов постоянного тока, изготовленных автором на основе описанных в предыдущих главах пленок и джозефсоновских контактов. В разделе 3.1 описаны устройство автономных ПТ-СКВИДов и теоретические оценки их основных параметров. Сверхпроводниковый квантовый интерферометрический датчик (СКВИД) представляет собой петлю из сверхпроводника, прерванную одним (высокочастотный СКВИД или ВЧ СКВИД) или двумя (СКВИД постоянного тока или ПТ-СКВИД) джозефсоновскими контактами. При наличии ненулевого потока Фв магнитного поля через петлю ПТ-СКВИДа в сверхпроводящих берегах возникает разность фаз, приводящая к периодическому по Фв изменению вольт-амперной характеристики ПТ-СКВИДа с период модуляции равному кванту магнитного потока Ф0 = 2.05 х Ю'|5Т м2. При оптимальном токе смещения 1в теоретическая крутизна вольт-потоковой характеристики ПТ-СКВИДа составляет дУ 4 1-Я -]кяТЬ

— = — [Еприки а а!., 1993], где ВЬ=2ЫС/Ф0, Ь -

индуктивность петли ПТ-СКВИДа, а 1с = 1в/2. Теоретическая оценка глубины модуляции ДУ принимает максимальное значение при токе смещения ПТ-СКВИДа 1мах ~ 7 мкА [(ЗгеепЬе^, 2002], который по величине совпадает с удвоенным значением шумового тока = 2яквТ/Ф0 -3.3 мкА.

Экспериментально наблюдаемое значение величины максимума ДУ меньше теоретического, а соответствующее ему значение 1мах больше теоретического, что объясняется разбросом параметров джозефсоновских переходов ПТ-СКВИДа. Модуляция напряжения ДУ = Урр больше для случая более высокоомных переходов и меньшей индуктивности Ь петли СКВИДа: ДУ < ЯпФо/Ь. Теоретически ожидаемая из тепловых шумов переходов спектральная плотность белого шума по потоку для оптимизированного ПТ-

СКВИДа составляет

*ЬЦквТ1Яп [КоеНе е1 а1., 1999], то есть должна уменьшаться с увеличением сопротивления переходов и уменьшением индуктивности петли СКВИДа.

В разделе 3.2 описаны методики приготовления ВТСП ПТ-СКВИДов и системы измерения их параметров. В зависимости от типа используемых джозевсоновских переходов ПТ-СКВИДы были изготовлены напылением при высоком давлении кислорода на монокристаллические или бикристаллические подложки. На монокристаллических подложках изготавливались квазипланарные, а на бикристаллических подложках -бикристаллические переходы. Технология приготовления автономных ПТ-СКВИДов совпадают с технологией приготовления соответствующих джозефсоновских контактов. Особое внимание уделялось воспроизводимости переходов. В отличии от бикристаллических переходов квазипланарные переходы могут располагаться в произвольных местах, что

позволяет уместить до 24-х ПТ-СКВИДов с индивидуальнами контактными площадками на одной подложке размером 10 х 10 мм2. Проводился предварительный отбор и отделение наиболее качественных образцов, имеющих максимальный размах сигнальной характеристики У(Фв) и наименьший уровень шумов 5ф2. Разброс параметров ПТ-СКВИДов определялся разбросом параметров соответствующих джозефсоновских переходов и зависил в от ширины перехода и качества бикристаллов. Для электрических измерений использовались произведенные различными фирмами покупные ПТ-СКВИД электроники с аналоговой или цифровой обратной связью. Линеаризация сигнальной характеристики ПТ-СКВИДа производится с помощью электроники с обратной связью, компенсирующей отклонение магнитного потока от рабочей точки с максимальной крутизной ЗУ/5Ф. Выходной сигнал системы пропорционален сигналу обратной связи и, соответственно, изменению внешнего магнитного потока через петлю СКВИДа. Электрические измерения и оптимизация СКВИДов проводились главным образом при температуре 77.4 К, достигаемой погружением образцов в жидкий азот при атмосферном давлении. Для измерения в магнитно-экранированном объеме азотный криостат помещался внутри концентрических цилиндров из меди, алюминия и ц-металла. В случае измерений в магнитно-неэкранированном объеме использовалась только высокочастотная экранировка из алюминиевой фольги или покрытой алюминием майларовой пленки. Наиболее надежным и практичным способом защиты СКВИДов от тепловых ударов при термоциклировании и от разрушающего влияния атмосферного воздуха оказалось вакуумно-плотное капсулирование в стеклопластиковом корпусе. Вместе со СКВИДом внутри капсулы располагались катушка обратной связи и нагреватель. В качестве нагревателя использовался платиновый термометр ПТ-100, служивший одновременно термометром для диапазона температур 30 -з- 300 К. Наличие нагревателя позволяло устранять неравновесное распределение вихрей в пленках УВСО посредством нагрева последних до температуры выше температуры сверхпроводящего перехода с последующим охлаждением до рабочей температуры в стабильных условиях. Автономные ПТ-СКВИДы характеризовались измерением вольт-амперных характеристик, зависимостей напряжения от магнитного потока У(ФВ), измерениями коэффициента преобразования 5В/9Ф и спектральной плотности шумов 2.

В разделе 3.3 описаны экспериментально полученные характеристики автономных ВТСП ПТ-СКВИДов. ПТ-СКВИДы с квазипланарными переходами имели нормальное сопротивление в несколько раз меньшее, чем ПТ-СКВИДы с бикристаллическими переходами, и составляла ~ 1 Ома. Субмикронные бикристаллическими переходами имели нормальное сопротивление ~ 10 Ом. При больших сопротивлениях рабочая температура СКВИДов смещалась ниже 77.4 К. Долговременная стабильность

квазипланарных переходов оказалась лучше бикристаллических переходов благодаря защите области перехода верхним электродом. В тоже время бикристаллические переходы позволяли настройку тока смещения. В обоих случаях удавалось добиться оптимального для работы ВТСП ПТ-СКВИДа тока смещения ~ 50 мкА. Наблюдалась периодическая зависимость вольт-амперных характеристик ПТ-СКВИДов обоих типов от магнитного поля с глубиной модуляции, определяемой индуктивностью петли СКВИДа. При индуктивности петли L ~ 80 пГн глубина модуляции V№ ПТ-СКВИДа с квазипланарными переходами составляла до ~ 20 мкВ (ЗУ/дФ»7tVpp ~ 65 мкВ/Ф0), тогда как в случае субмикронных бикристаллических переходов она была в ~ 4 раза больше. Наблюдаемая зависимость У(ФВ) имела синусоидальный вид и не имела гистерезиса при сканировании магнитного поля в пределах до нескольких тысяч квантов магнитного потока. На зависимости дУ/дФ от тока смещения 1ь наблюдаются два максимума. Этот эффект обусловлен СВЧ резонансом [Tesche et al., 1977] на петле СКВИДа на частоте 1/2я(ЬС)"2, соответствующей резонансному напряжению Vpe,- ~ Фо/2тс(ЬС/2)|/2. Для значений ßc * ßL ~ 1 имеем V^. * Vc-(2/я)"2. Фаза модуляции напряжения на ПТ-СКВИДе в зависимости от магнитного потока У(Ф) во втором максимуме по дУ/дФ смещена на % относительно ее значения в первом максимуме. Переполяризация фазы происходила одновременно с прохождением дУ!дФ через ноль при напряжении V^, соответствующем разонансной частоте. Технологически оптимальная площадь перехода для квазипланарных джозефсоновских переходов составляет ~ 2 мкм2. СВЧ резонанс ПТ-СКВИДа при этом смещался в область больших напряжений (частот) V » Vc и не влиял на У(Ф) характеристику ПТ-СКВИДа.

При использовании ПТ-СКВИД электроники с цифровой обратной связью достигалась линейность и воспроизводимость измерений на уровне ~ 10"6. Обнаружено, что ПТ-СКВИДы с квазипланарными переходами обладают лучшей стабильностью при работе вне магнитного экрана благодаря ббльшему рассогласованию с вакуумом по импедансу для электромагнитной наводки. Тем не менее, использование соответствующей высокочастотной экранировки позволяет также получить стабильную работу ПТ-СКВИДов с высокоомными бикристаллическими переходами в магнитно-неэкранированном объеме.

В разделе 3.4 описаны шумовые свойства автономных ПТ-СКВИДов, полученные экспериментально в условиях магнитно-экранированного объема. Спектральная плотность собственных шумов СКВИДов является наиболее важной характеристикой. Она определяется совокупностью фундаментальных физических процессов, происходящих в СКВИДе и определяет максимально возможную чувствительность измерительных систем, что является определяющим фактором во многих применениях. Чувствительность ПТ-СКВИДов ограничивается их собственными шумами,

которые в основном можно разделить на белый (частотно-независимый) и 1/f шумы. Белый шум, как правило, обусловлен тепловым шумом и пропорционален температуре. Шумы 1/f имеют большое множество физических источников и наиболее часто встречаются в ВТСП ПТ-СКВИДах при частотах порядка и ниже 1 Гц. Качество пленок и джозефсоновских контактов, образующих ПТ-СКВИД, интерференция внешнего электромагнитного поля и измерительной системы играют наибольшую роль в измеряемом спектре шума.

Наилучшее значение шумов по потоку Ф„ ~ 2.5-10"6 Фо/Гц"2 и величина энергетического разрешение еэюп « Ф„2/2Ь ~ 3-10"31 Дж/Гц были измерены на частоте ~ 1 кГц для ПТ-СКВИДа имеющего индуктивность петли L ~ 40 пГн и сопротивление переходов R„ ~ 3 Ом. Критический ток использованных в данном случае квазипланарных переходов составлял ~ 30 мкА, толщина барьера РВСО dPr ~ 30 нм, а ширина переходов ~ 5 мкм. Энергетическое разрешение ПТ-СКВИДа приближалось к тепловому пределу на частотах выше ~ 1 кГц и превосходило квантовый предел еч « h/2 в ~ 450 раз.

На частотах ниже ~ 100 Гц наблюдалась частотная зависимость шума типа 1/f. Это приводит к увеличению уровня спектральной плотности шума более чем на порядок на частотах ~ 1 Гц. Низкочастотный 1/f шум часто обусловлен флуктуациями критического тока переходов. В этом случае он может быть устранен с помощью использования ПТ-СКВИД электроники с переменным током смещения [Koch et al., 1991]. Измерения проводились с замкнутой обратной связью при постоянном и переменном токах смещения. Наибольший эффект переменного тока смещения для ВТСП ПТ-СКВИДов с квазипланарными переходами наблюдался при температуре 70 К, при которой достигалось подавление 1/f шума в ~ 10 раз на частоте ~ 1 Гц. Этот экспериментальный факт свидетельствует, что при данной температуре основным источником 1/f шума являлись флуктуации критического тока джозефсоновских переходов. Спектральная плотность шума по потоку Ф„ была уменьшена таким образом до значения Ф„ ~ 10"5 Фо/Гц1/2 на частоте ~ 1 Гц. При температурах выше ~ 80 К использование переменного тока смещения не давало заметного уменьшения низкочастотных шумов. Представляется наиболее вероятным, что при температурах выше ~ 70 К возникают дополнительные источники 1/f шума обусловленные, например, термически возбужденным движением вихрей Абрикосова в сверхпроводящих пленках электродов и петли СКВИДа.

Типичные значения индуктивности использованных ПТ-СКВИДов составляли ~ 100 пГн. Примечательно, что ПТ-СКВИДы на квазипланарных и бикристаллических джозефсоновских переходах имели при этом близкие значения шумов по потоку. В области белого шума в обоих случаях были получены значения ~ 1.5 10"5 Фо/Гц"2 при температуре 77.4 К .

В разделе 3.5 описано поведение и шумовые свойства ПТ-СКВИДов в магнитных полях до -0.1 Тл. Магнитное поле влияет как на сверхпроводящие пленки, вызывая появление связанного с движением вихрей Абрикосова шумов, так и на джозефсоновские переходы, подавляя их критический ток за счет интерференции внутри переходов [МЖНсЬ е/ а1., 1994]. Шумы, связанные с движением вихрей Абрикосова проявлялись аналогичным образом для СКВИДов с квазипланарными и бикристаллическими переходами. Методом их подавления служит структурирование пленок с образованием щелей и дырок таким образом, чтобы максимально вытеснить в них магнитное поле из сверхпроводника и минимизировать таким образом количество вихрей Абрикосова в пленках [ОаШвкег 1997].

Для бикристаллических переходов первый минимум критического тока происходит при магнитном поле Ф(/0.543\у2 ~ 0.42 мТл для переходов шириной ш ~ 3 мкм. Переход к субмикронным переходам позволял работать в на порядок бблыпих магнитных полях. Квазипланарные переходы продемонстрировали способность работать в полях до ~ 0.1 Тл. Аналогичный результат был получен в работе (ХЗаизероМ е! а/., 1995] для торцевых переходов УВСО-БгНиОэ-УВСО. Существенно, что квазипланарные переходы оказывались значительно менее чувствительны к перпендикулярному плоскости подложки магнитному полю по сравнению с бикристаллическими или торцевыми переходами, так как в случае квазипланарных переходов экранирующие токи не пересекали барьерный слой и, таким образом, в первом приближении интерференция в переходе отсутствовала.

В завершаюшем разделе 3.6 главы 3 сформулированы краткие'выводы.

В Главе 4 изложены результаты исследования различных типов трансформаторов потока на базе ВТСП. Автономный СКВИД является датчиком магнитного потока. Причем, наилучшее разрешение по магнитному потоку достигается при минимальных значениях индуктивности петли СКВИДа. Для увеличения чувствительности измерений магнитного поля необходимо концентрировать внешнее поле в петлю СКВИДа сохраняя индуктивность петли на оптимальном уровне ~ 100 пГн. Концентратор или трансформатор магнитного потока собирает магнитный поток с большой измеряемой площади и передает его в малую площадь внутреннего отверстия петли СКВИДа. В разделе 4.1 описаны объемные концентраторы магнитного потока, выточенные из керамики УВ СО. При внешнем диаметре концентратора ~ 35 мм и диаметре отверстия ~ 6 мм получено увеличение эффективной площади СКВИДА в ос ~ 4 раза. Соответственно, коэффициент преобразования СКВИДа к = 9В/9Фв уменьшается в ~ а раз по сравнению с автономным СКВИДом. В пределе 0»<1 для плоского концентратора теоретические оценки дают коэффициент усиления магнитного поля

а ~ D/d ~ 6, где D - внешний диаметр концентратора, ad- диаметр отверстия в его центре. Утолщение концентратора к краям как это показано на рис. 6. (б) позволяет несколько увеличить а за счет лучшего захвата магнитного поля. Различие между теоретической оценкой (в ~ 6 раз) и экспериментальным результатом (в ~ 4 раза) может быть объяснено утечкой части магнитного поля мимо данного СКВИДа по краям отверстия из-за большой глубины проникновения магнитного поля в керамических образцах.

Существенным недостатком объемных концентраторов является большая вероятность их деградации в результате растрескивания керамики при термоциклировании и из-за химического взаимодействия с влажной атмосферой. Несколько лучшие результаты получаются при использовании толстых (~ 100 мкм) пленок YBCO, нанесенных на трехмерную форму из YSZ [Alford et al., 1997]. Наблюдаемый прогресс в росте критического тока и однородности сверхпроводящих керамик и толстых пленок YBCO, позволяет надеяться на возможность создания в будующем более качественных объемных ВТСП концентраторов магнитного поля и его градиентов.

В разделе 4.2 рассмотрены однослойные тонкопленочные концентраторы и автотрансформаторы магнитного потока. Для обеспечения воспроизводимости, низких шумов и долговременной стабильности концентраторов магнитного поля на данный момент требуется использование тонкопленочной технологии их изготовления. Высококачественные ВТСП пленки в настоящий момент коммерчески доступны вплоть до размеров ~ 23 см [Kinder et al., 1997], необходимых для изготовления концентраторов магнитного поля большой площади или градиометрических антенн с большой базой. Тонкопленочные трансформаторы потока в отличие от объемных концентраторов оказываются более устойчивыми к многочисленным термоциклированиям. Благодаря большой плотности сверхтока глубина проникновения магнитного поля в тонких ВТСП пленках (Xl ~ 150 нм) значительно меньше чем в керамике. Сверхток при этом протекает гораздо ближе к поверхности сверхпроводника, что позволяет осуществлять более эффективную индуктивную связь со СКВИДом при флип-чип конфигурации.

Концентрированное магнитное поле создается экранирующими токами, протекающими вблизи СКВИДа. В конструкции СКВИДа с интегрированным концентратором ([Jaycox et al., 1981], [Ketchen, 1986]) окном концентратора является петля СКВИДа, а наведенный сверхток обтекает ее по периметру. Важным и критичным параметром является индуктивность концентратора, которая для концентратора с квадратным окном равна L = 1.25|o.0d, а с круглым - L = nod, где d в первом случае является размером стороны окна, а во втором - диаметром окна [Ketchen, 1986].

Конструкция автотрансформатора потока или так называемая конструкция СКВИДа с прямой связью отличается от конструкции СКВИДа с

интегрированным концентратором потока удалением внутренней области из «тела» концентратора, по которой протекает пренебрежимо малая часть сверхтока и выделением из него таким образом петли СКВИДа и приемной петли трансформатора потока. В зависимости от формы приемного витка автотрансформатора потока возможно создание чувствительных магнитометров и градиометров с прямой связью. Недостатком автотрансформаторов потока является большое рассогласование по индуктивности между приемным витком и индуктивностью петли СКВИДа, что приводит к большим потерям магнитного потока. Достоинством же автотрансформаторов потока является простота их изготовления, так как для этого требуется только однослойная тонкопленочная технология ВТСП с одним шагом структурирования методом фотолитографии.

В разделе 4.3 рассмотрены многослойные тонкопленочные трансформаторы потока с многовитковой катушкой связи, предназначенные для работы со СКВИДом, имеющим интегрированный концентратор магнитного потока [Ketchen et al., 1982]. Для ВТСП СКВИДов тонкопленочные трансформаторы потока являются единственно возможными из-за отсутствия тонкой и гибкой ВТСП проволоки. Для изготовления многовитковой катушки связи необходимо использование технологии многослойных гетероструктур. При этом необходимо иметь возможность напыления и фотолитографии как минимум двух сверхпроводящих слоев и одного изолирующего слоя. Один сверхпроводящий слой необходим для изготовления витков катушки связи, тогда как другой сверхпроводящий слой требуется для вывода сверхтока из центра катушки связи и замыкание его обратно на сверхпроводящую петлю приемной катушки.

Высокое качество эпитаксиального с-ориентированного роста по всей толщине и во всех слоях гетероструктуры, образующей катушку связи необходимо для достижения приемлемых параметров и шумовых свойств многослойного трансформатора потока. Данный трансформатор потока содержит минимум два сверхпроводящих межслойных соединения и множество пересечений. Межслойные соединения и пересечения должны обеспечивать высокие параметры протекающего сверхтока. Это возможно лишь при отсутствии деградации межслойных границ несмотря на наличие многочисленных „ex-situ" процессов фотолитографии. В области пересечений необходимо отсутствие сверхпроводящих и низкоомных закороток. Также необходимо демпфирование высокочастотных резонансов в полосковой линии, образованной витками катушки связи и пленкой вывода. В качестве изолирующего слоя между витками катушки связи и пленкой вывода автором были использованы пленки РВСО. Преимуществом пленок РВСО является в первую очередь идеальная технологическая совместимость с используемыми сверхпроводящими пленками YBCO. Пленка РВСО толщиной ~ 300 нм предохраняла от сверхпроводящих и низкоомных закороток между сверхпроводящими слоями. Одновременно, она

обеспечивала омический контакт между сверхпроводящими слоями, демпфирующий высокочастотные резонансы. Оптимальная связь и максимальная передача магнитного потока достигается при Ьга = Ьрц = И2!^. При этом передаваемый в СКВИД поток Фш » Фри » Фе«/2, где Фех,=Вех,8рц -поток внешнего магнитного поля Вех, через площадь 8рц витка приемной катушки трансформатора потока. Таким образом автору удалось впервые изготовить многослойные трансформаторы потока размером до ~ 25 мм, имеющих собственные шумы ~ 30 мкФоЛ/Гц вплоть до частоты ~ 1 Гц при температуре 77.4 К. Уровень белого шума данного трансформатора потока составлял ~ 10 мкФ<)Л/Гц на частотах выше 100 Гц.

Раздел 4.4 посвящен проблеме увеличения динамического диапазона трансформаторов потока. Изменение потока магнитного поля через приемную катушку АФри индуцирует в трансформаторе потока сверхток 11П1( = ДФри/Ци ~ ДВ^рц/Ц,,. При перемещении магнитометра в магнитно-неэкранированном пространстве изменение магнитного поля может составить порядка поля Земли ~ 50 мкТл, что вызывает в трансформаторе потока площадью ~ 1 см2 (Ъри ~ 40 нГн) циркулирующий сверхток величиной ~ 0.1 А. В тоже время, максимально возможный критический ток \тзх витков катушки связи ограничивается плотностью критического тока ^ при рабочей температуре 77.4 К: Г1П(,< 1с= _|,лус1~ 5-106(А/см2) х 10"3(см) х 310'5(см) ~ 0.15 А, где V»' - ширина полоски, а с! - толщина пленки. Данный ток можно достичь лишь при отсутствии деградации границ в межслойных контактах и при отсутствии межзеренных границ на пути сверхтока в витках катушки связи. Аналогичное условие выдвигается также для достижения низких собственных шумов трансформатора потока. Дополнительно, для достижения низких собственных шумов трансформатора потока требуется усилить пиннинг вихрей в пленках. Эффективным способом закрепления вихрей является перфорация пленок в виде отверстий или линий [Оативкег е1 а!., 1997]. Аналогичный эффект достигается предложенным автором методом использования нормальных включений, например, включений гранул вторичных фаз. Существенной особенностью многослойных трансформаторов потока, изготовленных с помощью метода химического травления является возможность индуцировать циркулирующий сверхток, имеющий величину, ограниченную лишь плотностью критического тока ВТСП пленок -5-106 А/см2. В основном только критический ток трансформатора потока ограничивает динамический диапазон магнитометров. Благодаря разработке и использованию технологии химического травления в спиртовом растворе брома автору удалось достичь величины критического тока многослойного трансформатора потока ~ 100 мА при температуре 77.4 К. В разделе 4.5 сформулированы краткие выводы по данной главе.

Глава 5 посвящена приготовлению и изучению характеристик ВТСП магнитометров, представляющих из себя комбинацию из ПТ-СКВИДа и трансформатора потока. Рассмотрены интегрированные магнитометры, имеющие автотрансформаторную связь с приемной катушкой и магнитометры с накладным (флип-чип) тонкопленочным трансформатором потока, имеющем многовитковую катушку связи. Обсуждены проблемы и методы интеграции магнитометров в измерительные системы. В частности, обсуждаются вопросы пассивирования и капсулирования магнитометров. Рассмотрены шумовые свойства магнитометров в магнитных экранах и в магнитно-неэкранированном объеме.

В разделе 5.1 описаны интегрированные магнитометры с автотрансформаторной связью. Индуцированный в витке приемной катушки сверхток протекает также по петле СКВИДа, создавая в ней дополнительный магнитный поток Ф8 и Фр^/Цц, где Фр„ - магнитный поток через приемную катушку, - индуктивность части петли СКВИДа по которой протекает индуцированный сверхток, а Ьрц - индуктивность приемной катушки. Эффективная площадь магнитометра определяется выражением:

= + АриТ-1—® АриТ~5". Размер петли СКВИДа подбирался из

Ц + ^ри Ци

расчета индуктивности петли ПТ-СКВИДа Ь5 » ~ 100 пГн, где Ьр=(Фо/2я)2/квТ - флуюуационная индуктивность [(ЗгеепЬе^, 2002]. Автором были разработаны чувствительные ПТ-СКВИД-магнитометры с автотрансформаторной связью. Коэффициент преобразования «поле-поток» к = ЭВ/ЗФ для данного типа магнитометра при размере приемной петли ~ 8 мм составлял близкую к оценочной величину ~ 5 нТл/Ф0. Лучший из данных магнитометров имел разрешение по полю ~ 27 фТлЛ/Гц на частоте ~ 1 кГц и ~ 165 фТлЛ/Гц на частоте ~ 1 Гц и температуре 77.4 К. Тогда как типичные значения шумов данных магнитометров составляли ~ 80 фТлЛ/Гц в области белого шума на частотах вышее ~ 100 Гц. Различные формы и размеры приемной петли были использованы автором при изготовлении ПТ-СКВИД магнитометров для конкретных применений. В общем случае, магнитометры с автотрансформаторной связью находят применение в случаях, когда даже за счет некоторой потери чувствительности в первую очередь требуется интегрированный магнитометр. Такая необходимость возникает, например, при недостатке места в компактной аппаратуре или при размещении вплотную к магнитометру таких дополнительных элементов как, например, пермаллоевая антенна магнитного потока.

В разделе 5.2 описаны флип-чип магнитометры с многовитковой катушкой связи. Эффективным методом увеличения чувствительности магнитометров является использование трансформаторов потока, связанных с петлей СКВИДа индуктивным образом. При пространственном разделении магнитометра на СКВИД и антенну магнитного потока имеется возможность

комбинации наиболее чувствительного СКВИДа с наименее шумящим трансформатором потока для достижения наилучшей чувствительности флип-чип магнитометра. Кроме того, наиболее деликатной частью СКВИД магнитометра являются джозефсоновские переходы. При деградации СКВИДа во флип-чип магнитометре достаточно заменить СКВИД, а трансформатор потока может быть повторно использован. Эффективная площадь Ае(Г магнитометра, индуктивно связанного с трансформатором потока, определяется по формуле Аз+АриМ/(Ьс+Ци), где М = К(Ь8ЬС)|/2 -взаимоиндукция между катушкой связи индуктивностью Ьс и петлей СКВИДа имеющей индуктивность Коэффициент связи К определяется взаимным расположением катушки связи и СКВИДа. Максимум Ае(т достигается при Ц = Ьрц = Ь8. С учетом этого и в приближении Ар„ я а2 (где а

к ПГ

- длина стороны квадратной приемной катушки) имеем: А.,т = —а2 1-5- °с а"2.

2 |Ч»

Наибольшее распространение получили разработанные автором флип-чип магнитометры с размерами приёмной катушки трансформатора потока 8 мм и 16 мм на подложках ЬаАЮ3 или БгТЮз ориентацией (100). Трансформатор потока размером 8 мм изготавливался на подложках размером 10 х 10 х 1 мм3. Использование стандартного размера подложек позволило провести сравнение характеристик ПТ-СКВИД магнитометров разработанных и сделанных автором с магнитометрами аналогичного размера, изготовленных другими группами.

Наблюдалось хорошее соответствие измеренных величин коэффициентов преобразования к с ожидаемой зависимостью от размера приёмной катушки а: для магнитометров с автотрансформаторной связью к^ ~ 1/а тогда как для магнитометров имеющих многовитковую катушку связи к,,^ ~ 1/а3/2. Флип-чип магнитометры с многовитковой катушкой связи имеют существенное преимущество перед магнитометрами с автотрансформаторной связью в особенности при больших размерах приёмной катушки. Для 8-мм магнитометра к ~ 1 нТл/Ф0, тогда как для 16-мм магнитометра к ~ 0.4 нТл/Ф0.

Как было отмечено в разделе 4.4 существенной особенностью многослойных трансформаторов потока, изготовленных с помощью метода химического травления является возможность индуцировать циркулирующий сверхток, имеющий величину, ограниченную лишь плотностью критического тока ВТСП пленок ^ ~ 5106А/см2. В основном только критический ток трансформатора потока ограничивает динамический диапазон магнитометров. Для 8-мм магнитометров приёмная катушка имеет индуктивность ~ 20 нГн. Соответствующий динамический диапазон 8-мм магнитометров ограничен критическим током 1с трансформатора и составляет В,™ « 2Фри/8ри = = 2-20-10"9-0.1/64-10"6 ~60мкТл (пик-

пик). Такой динамический диапазон позволяет проводить без отогрева чувствительные измерения с использованием 8-мм магнитометров после их

перемещений в земном магнитном поле, после их перемещений в земном магнитном поле.

Для обеспечения механической и химической стабильности магнитометров, уменьшения тепловых флуктуаций, а также - для обеспечения возможности кратковременного отогрева магнитометров в жидком азоте автором была разработана и опробована методика вакуумно-плотного капсулирования ВТСП флип-чип магнитометров. Помимо самого флип-чип магнитометра в капсулах также устанавливались катушка обратной связи и нагреватель. Соединение капсулы со СКВИД-электроникой осуществлялось посредством специального гибкого криокабеля, обладающего пониженной теплопроводностью, что позволяло сборку многоканальных систем без существенного увеличения теплопритока в криостат. Использование вакуумно-плотно закапсулированных магнитометров позволило значительно улучшить долговременную стабильность и шумовые свойства магнитометров.

В разделе 5.3 описаны шумовые свойства магнитометров, измеренные в магнитно-экранированном объеме. Для измерения собственных шумов закапсулированые магнитометры помещались в магнитный экран, состоящий из 3-х слоев ц-металла и двух сверхпроводящих экранов. В частности, магнитометры с приемной катушкой размером 16 мм имеют коэффициент преобразования «поле-поток» к = ЭВ/бФ ~ 0.4 нТл/Ф0 при тех же шумах по потоку, что и 8-мм магнитометры: (15 -8- 20) мкФ(>Л/Гц в области белого шума. Результат измерений спектральной плотности шума по магнитному полю для 16-мм магнитометра с бикристаллическими переходами приведен на рис.1. Чувствительность 16-мм магнитометра по магнитному полю составляла ~ 7 фТлЛ/Гц на частоте ~ 1 Гц и ~ 3.5 фТлЛ/Гц в области белого шума на частотах выше 100 Гц.

100

НТМ-16 вМ50214

77 5 К ас-Ыав ОМАв) Рис.1. Спектральная

■е-

плотность шума по магнитному полю 16мм магнитометра. Пунктиром показана чувствительность

магнитометра из работы [Е)гил§ е/ а1, 1996].

100

Частота, Гц

1000

10000

Полевая чувствительность 8-мм и 16-мм магнитометра была многократно проверена независимыми экспертами. В частности, были проведены независимые измерения полевой чувствительности 16-мм магнитометра включая калибровку его коэффициента преобразования «поле-поток» к = ЗВ/ЗФ в катушках Гельмгольца диаметром ~ 1 м при одновременном измерении его шумов по потоку в новой экранированной комнате Государственного физико-техническом института г. Берлин (Германия). Собственные шумы экранированной комнаты в ее центре составляют ~ 2 фТлЛ/Гц.

В разделе 5.4 описаны шумовые свойства магнитометров в магнитно-неэкранированном объеме. Необходимость работы в неэкранированных условиях возникает, например, при геомагнитных исследованиях. Наиболее перспективными являются системы измерений с помощью трех ортогонально расположенных СКВИД магнитометров (вектор-магнитометр) или более сложных и градиометрических конфигураций на частотах ~ 1 Гц. Такие системы имеют преимущества по размеру перед используемыми в настоящий момент индукционными катушками или магнитометрами с оптической накачкой и по чувствительности перед системами на флаксгейт магнитометрах.

На рис.2 приведена типичная спектральная плотность шума по магнитному полю, измеренная для 8-мм магнитометра с бикристаллическими переходами в магнитных экранах и вне магнитных экранов в лабораторных условиях. Коэффициент преобразования «поле-поток» к = дВ/дФ данного магнитометра составлял ~ 1 нТл/Ф0.

Рис. 2. Спектральная плотность шума по магнитному полю для 8мм магнитометра, измеренные в экранированном и неэкранированном пространстве.

100

Частота. Гц

Вне магнитных экранов выходной сигнал измерительной системы содержал, в основном, компоненту сетевой частоты 50 Гц амплитудой А ~ 100 нТл и максимальной скоростью изменения для данного магнитометра

2itfA ~ 30 кФо/сек. Измерения проводились с помощью ПТ-СКВИД-электроники, работающей по схеме с переменным током смещения с со скоростью слежения ~ 50 кФо/сек.

При работе СКВИДов в неэкранированном объеме возникают следующие основные проблемы: (а) необходимость выделения полезного сигнала на уровне паразитного магнитного сигнала окружения, превосходящего исследуемый сигнал в 103- 109 раз, (б) подавление сверхтока джозефсоновских переходов высокочастотной электромагнитной наводкой, в основном, сигналами мобильной связи, (в) появлением 1/f шума, связанного с движением вихрей Абрикосова в сверхпроводящих пленках СКВИДа и трансформатора потока.

Для уменьшения 1/f шума использовался кратковременный отогрев магнитометра и введение дополнительных центров пиннинга в сверхпроводящих пленках. Как было проверено отдельным измерением в условиях магнитно-экранированной комнаты шум, связанный с движением вихрей Абрикосова для 8-мм магнитометра в магнитном поле ~ 50 мкТл составлял ~ 150 фТл/^Гц на частоте ~ 1 Гц. При измерениях вне магнитного экрана использовалась радиочастотная защита магнитометра, состоящая из покрытой алюминием майларовой пленки, заземленной на корпус электроники.

В разделе 5.5 сформулированы краткие выводы по данной главе.

В главе 6 представлены разработанные автором ВТСП градиометры, представляющие из себя комбинацию из ПТ-СКВИДа и трансформатора потока с градиометрической конфигурацией приемной катушки в случае планарных градиометров или комбинацию магнитометров в случае электронных градиометров. В разделе 6.1 рассмотрены интегральные градиометры с автотрансформаторной связью и квазипланарными джозефсоновскими переходами. Тонкопленочный трансформатор потока в данном случае был выполнен в едином технологическом цикле на одной подложке со СКВИДом и составляет с ним единую планарную структуру. Простейший тонкопленочный ВТСП градиометр имеет автотрансформаторную связь ПТ-СКВИДа с градиометрической приемной катушкой. Градиометрическая приемная катушка представляет собой две симметричные тонкопленочные петли, включенные параллельно друг другу. Сигналы далекорасположенных источников наводят равные токи в петлях приемной катушки. В общей части приемных катушек, представляющей в данном примере диаметральную часть градиометра, наведенные токи направлены в противоположные стороны и вычитаются друг из друга. Таким образом, пространственно-однородное магнитное поле не создает результирующий ток через петлю СКВИДа и, соответственно, не регистрируется градиометром. Небольшое влияние магнитного поля непосредственно на СКВИД тем не менее существует, что приводит к конечному магнитометрическому отклику градиометра.

При использовании дополнительного накладного однослойного трансформатора потока длиной ~ 5 см с данным градиометром было получено подавление однородного магнитного поля (common mode rejection) ~4000 параллельно поверхности подложек и ~ 1800 перпендикулярно поверхности подложек. Наилучшее достигнутое на настоящий момент для такого составного градиометра разрешение по градиенту магнитного поля составило ~ 50 фТл/см-ч'Гц. Использование электроники с переменным током смещения в ~ 2 раза уменьшало собственные шумы градиометра на частоте ~ 1 Гц даже в магнитно-неэкранированных условиях.

В разделе 6.2 рассматриваются градиометры с многовитковой катушкой связи градиометрической антенны, имеющей индуктивную связь с петлей ПТ-СКВИДа. Как и в случае флип-чип магнитометров, рассмотренных в предыдущей главе, использование многослойной многовитковой катушки связи существенно улучшает согласование по индуктивности приемной катушки и ПТ-СКВИДа. Только неоднородное магнитное поле индуцирует сверхток через находящуюся в центре трансформатора потока катушку связи. Индуцированный в катушке связи сверхток равен разности сверхтоков, индуцированных в петлях приемной катушкии и, следовательно, пропорционален градиенту внешнего магнитного поля. Расположенный в пространственно плотной флип-чип конфигурации СКВИД в основном улавливал магнитный поток, исходящий из катушки связи и пропорциональный, таким образом, градиенту магнитного поля. Различные конфигурации витков приемной катушки позволили приспособить градиометры для множества различных применений.

В разделе 6.3 рассматриваются электронные градиометры, представляющие собой измерительные системы, в которых производится вычитание сигналов отдельных магнитометрических или градиометрических каналов. Данный тип градиометров нашел наибольшее применение для ВТСП СКВИДов ввиду отсутствия проволочных трансформаторов потока. При измерениях в магнитно-неэкранированном объеме с помощью магнитометрических каналов по-прежнему большой проблемой является обеспечение высокого баланса системы в диапазоне частот (0.1 - 1000) Гц из-за возникающих набегов фаз между каналами на разных частотах. Данная проблема также актуальна в схеме градиометра первого порядка с тремя СКВИДами [Koch et al., 1993], которая позволяет несколько скомпенсировать посторонние шумы на измерительных каналах с помощью третьего магнитометра, менее чувствительного, чем стоящие в измерительных каналах. Для работы в условиях сильных помех представляется интересным использование комбинированного градиометра второго порядка на основе двух планарных градиометров первого порядка, имеющих многовитковую катушку связи тонкопленочных трансформаторов потока. Преимущества данного подхода состоят в следущем. В лабораторных условиях с помощью планарной градиометрической приемной катушки паразитный сигнал

подавляется более чем в (50+1000) раз на всех частотах еще до его детектирования СКВИДом. С помощью данного комбинированного градиометра второго порядка удалось измерить вне магнитноэкранированной комнаты магнитокардиограмму сердца человека с отношением сигнал/шум более десяти. Внутри стандартной магнитоэкранированной комнаты лучшие результаты были получены автором при использовании электронного градиометра первого порядка на основе двух магнитометрических каналов с 16-мм флип-чип магнитометрами.

В разделе 6.4 описаны шумовые свойства градиометров. Измерение чувствительности планарных градиометров проводилось в два этапа: (а) измерение коэффициента преобразования «градиент - поток» Ц, = ^В/ЗхЭФ и (б) измерение шумов по потоку. Калибровка коэффициента преобразования «градиент - поток» к8 = г^В/ЭхбФ проводилась сравнением наблюдаемой модуляции по потоку градиометра с расчитанным градиентом ЭВ^хуЗх, создаваемым двумя проводниками с током в месте расположения планарного градиометра. Шумы всех градиометров по потоку определялись, в основном, эффективной индуктивностью СКВИДа и составляли ~ 15 мкФцЛ/Гц. Соответственно, разрешение градиометров оказывалось пропорциональной коэффициенту к8.

4»стота, Гц

Рис. 3. Спектральные плотности шумов планарного градиометра, измеренные в экранированном и неэкранированном пространстве.

Определение спектральной плотности собственных шумов градиометров в зависимости от частоты проводились в магнитном экране. На рис. 3 приведена спектральная плотность шумов планарного градиометра. Для сравнения на рисунке приведен также спектр сигнала данного градиометра, измеренный вне магнитного экрана.

Чувствительность аксиального электронного градиометра определялась как результат деления чувствительности отдельного измерительного канала на расстояние между датчиками, являющееся базовой длиной данного градиометра. Так, при вычитании сигналов двух 16-мм магнитометров,

расположенных на расстоянии ~ 10 см друг от друга получается электронный градиометр с коэффициентом преобразования «градиент - поток» kg ~ 40 пТл/смФ0. Данные магнитометры имеют полевую чувствительность ~6фТлЛ/Гц на частотах более 100 Гц. Разностный сигнал имел шумы по потоку в ~ V2 раз больше шумов отдельного канала, что определило измеренную чувствительность электронного градиометра, образованного двумя 16-мм магнитометрами на уровне» 1 фТл/см^Гц.

В разделе 6.5 сформулированы краткие выводы.

Глава 7 посвящена продемонстрированным примерам применений ПТ-СКВИД магнитометров и градиометров на основе разработанных в данной диссертационной работе гетероструктур оксидных сверхпроводников. Более ста разработанных и изготовленных автором закапсулированных ПТ-СКВИД сенсоров было интегрировано в измерительные системы, использованные в различных исследовательских проектах по всему миру. В частности, хорошие результаты были получены, например, при использовании автономных ПТ-СКВИДов для проверки однородности магнитного поля в катушках ЯМР и проверки целостности железной арматуры в железобетонных конструкциях [А58]. Градиометры с автотрансформаторной связью были использованы для проверки на наличие скрытых трещин во внутренних слоях обшивки самолетов и внутри ободов самолетных колес [А41-А43, А46-А49]. Флип-чип магнитометры были с успехом опробованы в геомагнитных исследованиях и при бесконтактном тестировании полупроводниковых структур с помощью так называемого лазерного СКВИД микроскопа [Daibo et al, 2002]. Одним из множества применений флип-чип градиометров стало измерение тока радиоизотопных пучков в ускорителях [Watanabe et al., 2004]. Была проведена апробация ВТСП ПТ-СКВИДов в измерительных системах для неразрушающего контроля материалов, СКВИД-микроскопии и биомагнетизма Описание последних экспериментов представлено в соответствующих разделах настоящей главы.

В разделе 7.1 описана апробация ВТСП ПТ-СКВИД градиометров для целей неразрушающего контроля материалов на примере для рутинных проверок конструкционных материалов на наличие магнитных примесей. Источником такого магнитного загрязнения может служить, например, пыль из механической мастерской, содержащая мельчайшие частицы магнитных соединений железа, кобальта или никеля. Частицы размером до ~ 100 микрон могут задержаться в микротрещинах, под поверхностью и в неоднородностях стеклопластиковых конструкционных деталей измерительной системы и оставаться необнаружимыми при стандартном визуальном контроле. Для детектирования данных примесей был использован планарный ВТСП ПТ-СКВИД градиометр с базой ~ 1 см, что дало возможность проводить чувствительные измерения в условиях сильных магнитных шумов на расстояниях (1-10) см от датчика до исследуемого объема. Для защиты от

электромагнитных помех частотой выше ~ 40 кГц была использована высокочастотная экранировка криостата, имеющая уровень собственных тепловых шумов менее ~ 30 фТлЛ/Гц в области детектора. Получено системное разрешение лучше ~ 50 фТл/см^Гц при рабочей температуре 77.4 К в магнитно-неэкранированных условиях лаборатории. Наблюдаемые зависимости соответствуют пространственным распределениям градиента магнитного поля магнитного диполя в различных ориентациях, что наглядно демонстрирует градиометрический характер отклика планарного градиометра. Величина магнитного момента зависит от материала и формы частицы. Обнаружено, что в случае частицы из 8тСо5 с близкой к сферической формой магнитный момент пропорционален массе частицы с коеффициентом ~ 0.07 А м2/г. Например, частица диаметром ~ 10 мкм имеет массу ~ 7 нг и, соответственно, магнитный момент Р ~ 0.5 нАм2. Максимальное магнитное поле такой частицы на расстоянии г ~15мм составляет ~ 30 пТл, а градиент магнитного поля ЭВ2/5х[Т/м] ~ 0.64цоР/л24 ~ 25 пТл/см. Продемонстрировано, что система на основе планарного ВТСП ПТ-СКВИД градиометра способна обнаружить в ~ 1000 раз меньшие магнитные моменты по сравнению с системой на основе флакс-гейт магнитометра. При полосе измерений ~ 100 Гц и отношением сигнал/шум ~ 10 градиометр способен различить градиентный сигнал ~ 30 пТл/см, что подтверждается наблюдением. При сканировании тестовых магнитных частиц, создающих градиентный сигнал ~ 300 пТл/см было достигнуто отношение сигнал/шум ~ 100 в магнитно-неэкранированных условиях.

В разделе 7.2 описано применение разработанных автором ВТСП СКВИДов для магнитной микроскопии объектов, находящихся при комнатной температуре. Разрабатывались СКВИД микроскопы двух типов: (а) сканирующий СКВИД микроскоп (ССМ) с регистрацией магнитного поля непосредственно автономным СКВИДом и (б) ССМ с проводником магнитного потока (ПМП) из аморфной пермаллоевой фольги. В первом случае основной проблемой было добиться наименьшего расстояния между объектом и СКВИДом, тогда как во втором случае основная задача состояла в обеспечении наилучшей связи по магнитному потоку между магнитной антенной и СКВИДом. Для ССМ был разработан автономный СКВИД с диаметром петли ~ 50 мкм, помещенный на острие сапфирового теплопровода. При расстояния ~ 0.4 мм от СКВИДа до объекта было получено расчетное пространственное разрешение ~ 10 мкм в сочетании с чувствительностью ~ 10 нТлЛ/Гц. Успешно проведена апробация ССМ для изучения распределения магнитных полей токов и локальной магнитной восприимчивости плоских образцов.

Приемная петля размером 3 х 1.5 мм2 магнитометра с автономной связью оптимально подходила для ССМ с ПМП, так как позволяла изготовить отверстие размером 0.1 мм х 1 мм внутри приемной петли. Магнитная

РОС. НАЦИОНАЛ!

БИБЛИОТЕКА |

СПстарвург '

— Ж акт ^ '

антенна проходила от исследуемого объекта через данное отверстие и возвращалась обратно к объекту, что позволило минимизировать потери магнитного потока. Расчетное пространственное разрешение ССМ с ПМП составило менее 1 мкм. Успешно проведена апробация ССМ с ПМП при исследованиях магнитных туннельных структур для спинтроники.

В разделе 7.3 рассматривается апробация ВТСП ПТ СКВИДов для применений в биомагнитных исследованиях. Наиболее полно преимущества СКВИД-систем используются в биомагнитных исследованиях, где требуется сочетание предельно возможных полевой чувствительности и пространственного разрешения. Пространственное разрешение 16-мм магнитометров в сочетании с их рекордной чувствительностью ~ 6 фТлЛ/Гц позволяет использование данных магнитометров для большинства биомагнитных исследований. В качестве примера были проведены измерения магнитного сигнала сердца в стандартной магнитно-экранированной комнате клиники Франца-Фольхарда (Franz-Volhard) г. Берлин, имеющей коэффициент экранирования ~ 10 на частоте ~ 0.1 Гц и более 10000 на частотах выше 50 Гц. Продемонстрирована стабильная работа измерительной системы с разрешением по градиенту магнитного поля ~ 1 фТл/см^Гц в клинических условиях при рабочей температуре 77.4 К. С помощью данной измерительной системы были получены карты распределения магнитного поля сердца, имеющего с относительно слабую амплитуду магнитного сигнала ~ 30 пТл. Наблюдалась стабильная работа измерительной системы с 1.5-литровым стеклопластиковым криостатом в течение ~ 10 дней без долива жидкого азота, что в ~ 10 раз превышает ресурс работы гелиевой СКВ ИД системы с аналогичным криостатом. В разделе 7.4 сформулированы краткие выводы.

В заключении приведены основные результаты диссертации, выносимые на защиту. Завершают диссертацию список работ автора по теме диссертации и список цитированной литературы.

Список публикаций автора по теме диссертации.

AI. Faley М. I., Gershenson М. Е., Nevelskaya Y. Е. Preparation of thin superconducting YBCO films for multilayer tunnel structures // Proceedings of the 5-th Czecho-Slovak symposium on weak superconductivity, Czechoslovakia, 1989. A2. Гершензон M. E., Невельская Я. А., Фалей M. И. Получение "in-situ" тонких сверхпроводящих пленок YBCO ВЧ-магнетронным распылением // Тезисы докладов 2-й всесоюзной конференции по высокотемпературной сверхпроводимости,- 1989.- Киев, СССР.- Т.2.- С.281-282. A3. Faley М. I., Gershenson М. Е., Preparation of thin superconducting YBCO films by RF magnetron sputtering // Progress in high temperature superconductivity.- 1989.-V.24.- P.653-658.

А4. Гершензон М. Е., Фалей М. И. Нагреватель подложек для напыления и отжига ВТСП пленок в кислороде // Приборы и техника эксперимента.- 1989.- № 6,-С.160.

А5. Гершензон М. Е., Невельская Я. А., Фалей М. И. Получение "in-situ" тонких сверхпроводящих пленок YBCO высокочастотным магнетронным распылением // Сверхпроводимость: физика, химия, техника.- 1990.- Т.З, № 4, С.686-689.

А6. Faley М. I., Gershenson М. Е., Nevelskaya Y. Е. Preparation of thin superconducting YBCO films for multilayer tunnel structures // Weak Superconductivity.- 1990,- P.51.

A7. Гершензон M E., Головлев B.B., Кедич И.Б., Кисличенко Л.Б., Летохов B.C., Лозовик Ю.Е., Матвеец Ю.А., Силькис Э.Г., Степанов А Г., Титов В.Д., Фалей М.И., Фаретдинов В.М., Чекалин С.В., Ярцев А.П. Лазерная фемтосекундная спектроскопия неравновесных процессов в YBa2Cu307 // Препринт № 7 Института Спектроскопии АН СССР, Троицк, 1990, 14 стр.

А8. Гершензон М.Е., Головлев В.В., Кедич И.Б., Летохов B.C., Лозовик Ю.Е., Матвеец Ю.А., Силькис Э.Г., Степанов А.Г., Титов В.Д., Фалей М.И., Фаретдинов В.М., Чекалин С.В., Ярцев А.П. Прямое измерение характеристик электрон-фононного взаимодействия в YBa2Cu307 методом фемтосекундной лазерной спектроскопии // Письма в ЖЭТФ.- 1990.- Т.52, №11.- Р.1189-1192.

А9. Faley М. I., Gershenson М. Е. Preparation "in-situ" and properties of thin films HTSC YBa2Cu307 // Bulletin of Material Science.- 1991.- V.14, No.2.- P.473-477.

A10. Faley M. I., Gershenson M. E., Kuchta N. P., and Salun V. S. The "in-situ" preparation and properties of Y-Ba-Cu-O thin films on the SrTi03, A1203 and Si substrates // IEEE Trans.Mag.-27,- 1991,- No.2.- P 1475-1478.

All. Faley M.I. Measurement of high-Tc thin film's R(T) and IC(T) dependences // Journal of Advanced Science.- 1991.- V.3, No.l.- P.18-22.

A12. Бывалин Д. А., Гершензон M. E., Невельская Я. А., Фалей М. И. Приготовление микроструктур на основе ВТСП пленок посредством ионно-плазменного травления // Сверхпроводимость: физика, химия, техника.-1991.-Т.4, № 8.- Р. 1604-1607.

А13. Faley М. I., Gershenson М. Е., Makhotkina J. A., Nevelskaya Y. Е. Towards the fabrication of HTSC thin film structures // Proceedings of the International Conference on high temperature superconductivity and localisation phenomena.-1992.- Editors A.A.Aronov, A.I.Larkin, V.S.Lutovinov, Singapore: World Scientific, P. 196-200.

A14. Faley M. I., Gershenson M. E., Nevelskaya Y. E. The fabrication of HTSC thin film structures // Cryogenics.- 1992.- V.32, ICEC Supplement.- P.575-578.

A15. Faley M. I., Poppe U., Soltner H., Dahne U., Klein N., Schultz H., Evers W., Urban K. Variation of the oxygen content in YBa2Cu307 films deposited by high oxygen pressure DC-sputtering // IEEE Transactions on Appl. Supercond.- 1993,- V.3, No.l.- P. 1082-1087.

A16. Poppe U., Faley M. I., Schultz H., Klein N., Soltner H., Evers W., Dahne U., Urban K. Variation of the oxygen content in epitaxial YBa2Cu307 thin films by molecular and plasma activated oxygen // Proceedings of to the 13th general conference of the

Condensed matter division european physical society, Regensburg, Germany, europhysics conference abstracts, 1993.- V.17A, No.5.- P.1026.

A17. Poppe U., Faley M. I., Schultz H., Soltner H., Klein N., Dähne U., Evers W., Swiatek P. Änderung des Sauerstoffgehaltes in YBa2Cu307 Dünnfilmen mit molekulare und plasmaaktiviertem Sauerstoff // Jahresbericht 1992 der Institut für Festkörperforschung Forschungszentrum Jülich GmbH, Deutschland, 1993.- P.l 49150.

A18. Faley M. I., Poppe U., Soltner H., Jia C.L., Siegel M., and Urban K. Josephson junctions, interconnects and crossovers on chemically etched edges of YBa2Cu307 // Appl.Phys.Lett.- 1993.- V 63, No.15.- P.2138-2140.

A19. Faley M I., Poppe U., Dähne U, Goncharov Yu. G., Klein N., Urban K., and Soltner H. Josephson junctions on YBa2Cu307 thin films prepared with Br-ethanol etching // Applied Superconductivity - Proceedings of EUCAS'93, Edited by H.C.Freyhardt, DGM, Oberursel.- 1993.- P.l 135-1138.

A20. Poppe U., Faley M. I., Urban K., and Soltner H. Chemically etched edges of YBa2Cu307 films for interconnects, crossovers and josephson junctions // Applied Superconductivity - Proceedings of EUCAS'93, Edited by H.C.Freyhardt, DGM, Oberursel.- 1993.- P.l 111-1118.

A21. Divm Yu. Ya., Poppe U., Faley M. I., Soltner H., Seo J.-W., Kabius B., and Urban K. Electrical transport in (103) YBa2Cu307 thin films // Applied Superconductivity -Proceedings of EUCAS'93, Edited by H.C.Freyhardt, DGM, Oberursel, 1993.-P.437-440.

A22. Faley M. I., Poppe U., Soltner H., Jia C. L., Siegel M., and Urban K. Josephson-Kontakte, Verbindungen und Überkreuzungen mit chemisch geätzten YBa2Cu307 -Kanten // Kurzfassungen 05, Tagung "Kryoelectronische Bauelemente'93, Jülich, Deutschland.- 1993.- P.7.

A23. Dähne U., Goncharov Yu. G., Klein N., Faley M. I., Poppe U., Tellman N., Urban K., and Kozlov G. V. Millimeterwellen-Experimente an dünnen YBa2Cu307-Filmen und Josephson-Kontakten bei 100 - 350 GHz // Kurzfassungen 05, Tagung "Kryoelectronische Bauelemente'93", Jülich, Deutschland.- 1993.- P.52.

A24. Faley M I, Dähne U., Goncharov Yu. G., Poppe U., Klein N., Tellman N-, Siegel M., Soltner H., Urban K. Mikrowelleneigenschaften von SNS Josephson-Kontakten mit PrBa2Cu307 Barriere und chemisch geätzten YBa2Cu307 -Kanten // Abstracts of the Frühjahrstagung des Arbeitskreises Festkörperphysik bei der DPG "Münster 1994", Münster, Germany, 21-25 March, 1993.- P.1583.

A25 Faley M. I., Poppe U., Soltner H., and Urban K. Josephson junctions on chemically etched edges of YBa2Cu307 thin films II Proceedings of the VI Trilateral German-Russian-Ukrainian Seminar on High-Temperature Superconductivity.- Edited by V.L.Aksenov and E.I.Komilov, Dubna, 1994,- P.34-38.

A26. Kunkel G., Bode M., Wang F., Faley M. I., Siegel M., Zander W., Schubert J., Poppe U., Braginski A.I. Comparison of Josephson radiation properties of different YBa2Cu307 thin film junctions // Proceedings of SPIE - the International Society for Optical Engineering.- 1994.- V.2160, P.33-40.

A27. Faley M.I., Poppe U., Dähne U., Goncharov Yu.G., Klein N., Jia C.L., Evers W., Soltner H., Siegel M. Mikrowelleneigenschaften von SNS Josephson-Kontakten mit PrBa2Cu307 Barriere und chemisch geätzten YBa2Cu307-Kanten // Jahresbericht

1993/95 der Institut für Festkörperforschung Forschungszentrum Jülich GmbH, Deutschland.- 1994.- P. 165-166.

A28. Faley M.I., Poppe U., Jia C. L., Glyantsev V.N., Siegel M., and Urban K. Properties of Josephson edge type junctions prepared with Br-ethanol etching // Physica C.-1994.- V.235-240.- P.591-592.

A29. Faley M.I., Poppe U., Jia C. L., Urban K., and Xu Y. Proximity Effect in All-Oxide Edge Type Junctions Prepared with Br-Ethanol Etching // IEEE Transactions on Appl. Supercond.- 1995.- V.5, No.2.- P.2091-2094.

A30. Faley M.I., Poppe U., Jia C.L., Dähne U., Goncharov Yu.G., Klein N., Glyantsev V.N., Kunkel G., Siegel M., and Urban K Application of Josephson Edge Type Junctions Prepared with Br-Ethanol Etching or Cleaning // IEEE Transactions on Appl. Supercond.- 1995.- V.5, No 2.- P.2608-2611.

A31. Faley M.I., Poppe U., Jia C. L., Evers W., Glyantsev V.N., Hilgenkamp H., Hemmes H., Aarnink W. SQUIDs mit quasiplanaren Hochtemperatursupraleiter Josephsonkontakten // Jahresbericht 1994 der Institut für Festkörperforschung Forschungszentrum Jülich GmbH, Deutschland.- 1995,- P.146-147.

A32. Faley M. I., Poppe U., Hilgenkamp H., Hemmes H., Aarnink W., Flokstra J., Slobodchikov V.Yu., Rogalla H., and Urban K. Noise in dc-SQUIDs with quasiplanar all-oxide Josephson junctions // Applied Superconductivity -Proceedings of EUCAS 1995, ed. by D.Dew-Hughes, Institute of Physics Conference Series 1995.- V.2, No.148.- P.1561-1564.

A33. Faley M.I., Poppe U., Urban K., Hilgenkamp H., Hemmes H., Aarnink W., Flokstra J., and Rogalla H. Noise properties of dc-SQUIDs with quasiplanar YBa2Cu3C>7 Josephson junctions // Appl.Phys.Lett.- 1995.- V.67, No.14.- P.2087-2089.

A34. Jia C.L., Faley M.I., Poppe U., and Urban K. Effect of chemical and ion-beam etching on the atomic structure of interfaces in YBa2Cu307/PrBa2Cu307 Josephson junctions // Appl.Phys.Lett.- 1995.- V.67, No.24.- P.3635-3637.

A35 Ockenfuß G., Wördenweber R., Soltner H., Haller A., Faley M. I. Large area first order gradiometer for rf-SQUID Applications based upon YBa2Cu307.x-NdGa03 multilayer systems // Proceedings of 5th International Superconductive Electronics Conference (ISEC'95), Nagoya, Japan, 1995.

A36. Hohmann R., Faley M. I., Soltner H., Bousack H., Heiden Ch., and Braginski A.I. Betrieb von HTSL-SQUIDs mit einem Joule-Thomson-Kühler fur den Einsatz in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung // Dresdner Kolloquium "Kühlsysteme für Elektronische Bauelemente '95", VDI-Verlag, Düsseldorf, 1996.- P.58-61.

A37. Faley M. I., Poppe U., Jia C. L., Urban K. Size, Order and Interface Effects in YBa2Cu307-PrBa2Cu307-YBa2Cu307 Josephson Junctions // IEEE Transactions on Appl. Supercond.- 1997.- V.7, No.2.- P.2514-2517.

A38. Faley M I, Poppe U., Urban K., Krause H.-J, Soltner H., Hohmann R, Lomparski D, Kutzner R., Wördenweber R, Bousack H., Braginski AI, Slobodchikov V.Yu., Gapelyuk A.V., Khanin V.V , and Maslennikov Yu.V. DC-SQUID magnetometers and gradiometers on the basis of quasiplanar ramp-type Josephson junctions // IEEE Transactions on Appl. Supercond.- 1997.- V.7, No.2.-P.3702-3705.

A39. Hohmann R., Krause H.-J., Wolf W., Bousack H., Braginski A.I., Soltner H., Faley M.I., Lucia M. L., Spörl G., Binneberg A., and Heiden C. Integration of HTS

SQUIDs with Portable Cooling Devices for the Detection of Materials Defects in Non-Destructive Evaluation // Cryocoolers 9, Proceedings of the 9th International Cryocooler Conference, Plenum, New York.- 1997.- P.925-934.

A40. Lucia M.L., Hohmann R., Soltner H., Krause H.-J., Wolf W., Bousack H., Faley M.I., Spörl G., Binneberg A. Operation of HTS SQUIDs with a Portable Cryostat: a SQUID System in Conjunction with Eddy Current Technique for Non-Destructive Evaluation // IEEE Transactions on Appl. Supercond.- 1997,- V.7, No.2.- P.2878-2881.

A41. Hohmann R., Krause H.-J., Soltner H., Zhang Y., Copetti C.A., Bousack H., Braginski A.I., Faley M. I HTS SQUID System with Joule-Thomson Cryocooler for Eddy Current Nondestructive Evaluation of Aircraft Structures // IEEE Transactions on Appl. Supercond.- 1997.- V.7, No.2.- P.2860-2865.

A42. Krause H.J., Hohmann R, Soltner H., Lomparski D, Grüneklee M., Banzet M., Schubert J., Zander W., Zhang Y., Wolf W., Bousack H., Braginski A.I., Lucia M.L., Zimmermann E., Brandenburg G., Clemens U., Rongen H., Hailing H., Faley M. I., Poppe U., Buschmann H., Spörl G., Binneberg A., Junger M. Mobile HTS SQUID system for eddy current testing of aircraft // Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation, Edited by D.O. Thompson and D.E. Chimenti, Plenum, N.Y.- 1997.- V.16A, P.1053-1060.

A43. Faley M. I., Poppe U., Urban K., Krause H.-J., Grüneklee M., Hohmann R., Soltner H., Bousack H., Braginski A.I. Application of dc-SQUIDs with quasiplanar HTS junctions in gradiometric systems for NDE // Proceedings of the 3rd European Conference on Applied Superconductivity (EUCAS'97), The Nederlands, 30 June -3 July (1997). Published in: Inst.Phys.Conf.Ser., 1997.-No.158.- P.743-746.

A44. Hojczyk R., Poppe U., Jia C.L., Faley M., Dittmann R., Horstmann C., Engelhardt A, Ockenfuss G, Urban K Properties of BaTb03 and La2Cu04+s thin films for HTS device applications // Applied Superconductivity 1997. Proceedings of EUCAS 1997 Third European Conference on Applied Superconductivity, 1997,-P.137-140.

A45. Faley M. I., Montsch A., Poppe U., Urban K., Soltner H., Bode M., Bousack H., Zimmermann E., Clemens U., Hailing H. Application of DC-SQUIDs with Br-Ethanol Etched HTS Ramp-Junctions in a Biomagnetic System // Proceedings of 6th International Superconductive Electronics Conference (ISEC'97) 25.-28. June 1997, Berlin, Germany.- P. 1-3.

A46. Krause H.-J., Banzet M., Bousack H., Grüneklee M., Hohmann R., Lomparski D., Lucia M.L., Schubert J., Soltner H., Wolf W., Zander W., Zhang Y., Faley M.I., Poppe U., Binneberg A., Buschmann H., and Spörl G. Mobiles lageunabhängiges HTS-SQUID-System zur Wirbelstromprüfung von Flugzeugteilen // Supraleitung und Tieftemperaturtechnik 1996, VDI-Verlag, Düsseldorf, 1997.- P. 139-142

A47. Grüneklee M., Krause H.-J, Hohmann R., Maus M., Lomparski D., BanzetM., Schubert J., Zander W., Zhang Y., Wolf W., Bousack H., Braginski A.I., and Faley M.I. HTS SQUID System for Eddy Current Testing of Airplane Wheels and Rivets // Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation, Edited by D.O. Thompson and D.E. Chimenti, Plenum, N.Y.- 1997,- V.17A.- P. 1075-1082.

A48. Krause H.J., Zhang Y., Hohmann R., Grüneklee M., Faley M.I., Haller A., Maus M., Lomparski D., Wolf W., Banzet M., Schubert J., Zander W., Bousack H.,

Braginski A.I. Fortschritte bei der Entwicklung mobiler SQUID-Systeme für die Flugzeugprüfung II Veröffentlichung im Tagungsband zur 'Kryoelektronische Bauelemente '97", 21.-23.09.1997, Bad Herrenalb.

A49. Krause H.-J., Zhang Y., Hohmann R., Grüneklee M., Faley M.I., Lomparski D., Maus M., Bousack H., Braginski A.I. Eddy Current Aircraft Testing with Mobile HTS-SQUID Gradiometer System // Proceedings of the 3rd European Conference on Applied Superconductivity (EUCAS'97), The Nederlands, 30 June - 3 July (1997). Published in: Inst.Phys.Conf.Ser.- 1997.- No.158.- P.775-780.

A50. Faley M. I., Poppe U., Urban K., Zimmermann E., Glaas W., Hailing H., Bick M., Paulson D. N., Starr T., and Fagaly R.L. Operation of the HTS dc-SQUID Sensors in High Magnetic Fields // IEEE Transactions on Appl. Supercond.- 1999.- V.9, No.2.- P.3386-3391.

A51. Poppe U., Hojczyk R., Jia C.L. , Faley M. I., Evers W., Bobba F., Urban K., Horstmann C., Dittmann R., Breuer U., Holzbrecher H. BaTb03 as a new material for insulation and junction barriers in High-Tc devices // IEEE Transactions on Appl. Supercond.- 1999.- V.9, No.2.- P.3452-3455.

A52. Zhang Y., He D.F., Wolters N., Otto R., Bartheis K., Zeng X.H., Yi H.R., Krause H.-J., Braginski A.I., Faley M. I. Radio frequency bias current scheme for dc superconducting quantum interference device // IEEE Transactions on Appl. Supercond.- 1999.- V.9, No.2.- P.3813-3816.

A53. Jia C.L., Hojczyk R., Faley M., Poppe U., Urban K. The interfaces in YBa2Cu307/BaTb03 and PrBa2Cu307/BaTb03 heterostructure thin films // Philosophical Magazine A (Physics of Condensed Matter: Structure, Defects and Mechanical Properties).- 1999.- V.79, No.4.- P.873-891.

A54. Faley M.I., Soltner H., Poppe U., Urban K., Paulson D.N., Starr T., and Fagaly R.L. HTS dc-SQUID with gradiometric multilayer flux transformer // Proceedings of the 4th European Conference on Applied Superconductivity (EUCAS'99), September 14-17, 1999, Barcelona, Spain. Published in: IoP Publishing Ltd.- Institute of Physics Conference Series.- 2000.- No.167, V.2.- P.509-512.

A55. Krause H.-J., Wolf W., Glaas W., Zimmermann E., Faley M.I., Sawade G., Neudert G., Gampe U., and Krieger J. SQUID System for Magnetic Inspection of Prestressed Tendons on Concrete Bridges // Proceedings of the 15th World Conference on Non-Destructive Testing, 15-21 October 2000, Rome, Italy (http://www.ndt.net/article/wcndt00/papers/idn320/idn320.htm).

A56. Faley M. I., Poppe U., Urban K., Paulson D. N., Starr T., and Fagaly R. L. HTS dc-SQUID flip-chip magnetometers and gradiometers // Biomag2000, Proceedings of 12th Int. Conf. on Biomagnetism.- eds. Nenonen J., Ilmoniemi R. J., and Katila T.Helsinki Univ. of Technology, Espoo, Finland.- 2001.- P.931-934.

A57. Faley M. I., Poppe U., Urban K., Paulson D. N., Starr T., and Fagaly R. L. Low noise HTS dc-SQUID flip-chip magnetometers and gradiometers // IEEE Transactions on Appl. Supercond.- 2001,-V 11, No.!.- P.1383-1386.

A58. Poppe U., Divin Y. Y., Faley M. I., Wu J. S., Jia C. L., Shadrin P., and Urban K. Properties of YBa2Cu307 thin films deposited on substrates and bicrystals with vicinal offcut and realization of high ICR„ junctions // IEEE Transactions on Appl. Supercond.- 2001.- V.l 1, No.l.- P.3768-3771.

A59 Krause H. -J., Wolf W., Glaas W., Zimmermann E., Faley M. I., Sawade G., Mattheus R., Neudert G, Gampe U., Krieger J. SQUID Array For Magnetic Inspection of Prestressed Concrete Bridges // Physica C: Superconductivity.- 2002.-V.368, No. 1-4.- P.91-95.

A60. Faley M.I., Poppe U., Urban K., Paulson D.N., Starr T.N., and FagalyR.L. Sensitive HTS gradiometers for magnetic evaluation applications // Physica C-2002,- V.372-376.- P.217-220.

A61. Faley M. I., Poppe U., Urban K., Slobodchikov V. Yu., Maslennikov Yu. V., Gapelyuk A., Sawitzki B., and Schirdewan A. Sensitive HTS dc-SQUID system for biomagnetic measurements // Biomag 2002, Proceedings of the 13th International Conference on Biomagnetism.- edited by Nowak H., Haueisen J., Gießler F., Huonker R - VDE Verlag GmbH, Berlin, Germany.- 2002,- P.925-927.

A62. Faley M. I., Poppe U., Urban K., Slobodchikov V. Yu., Maslennikov Yu. V., Gapelyuk A., Sawitzki B, and Schirdewan A. Operation of high-temperature superconductor magnetometer with submicrometer bicrystal junctions // Appl.Phys.Lett.- 2002.- V.81, No.13.- P.2406-2408.

A63. Poppe U., Faley M. I., Jungbluth B., Soltner H., Breunig I., Speen R., Urban K., Zimmermann E., Glaas W., and Hailing H. High-Tc dc-SQUID microscope for information technology // Scientific Report 2002/2003, IFF Forschungszentrum Jülich GmbH, Germany.- 2003.- P.209-210.

A64. Poppe U., Faley M. I., Breunig I., Speen R., Urban K., Zimmermann E., Glaas W., and Hailing H. HTS dc-SQUID Microscope with soft-magnetic Flux Guide // Applied Superconductivity 2003 - Proceedings of EuCAS'2003: 6th European Conference on Applied Superconductivity, 14-18 September 2003, Sorrento, Italy.-Published in: Institute of Physics Conference Series No. 181, Edited by Andreone A , Pepe G P , Cristiano R , and Masullo G - loP Publishing Ltd.- Bristol (UK).-2004.- ISBN: 0-7503-0981 4,- P.3239-3246.

A65. Faley M. I., Poppe U., Slobodchikov V. Yu., Maslennikov Yu. V., and Urban K. HTS dc-SQUID planar Gradiometer Measurement System for routine Inspections II Applied Superconductivity 2003 - Proceedings of EuCAS'2003: 6th European Conference on Applied Superconductivity, 14-18 September 2003, Sorrento, Italy.-Published in: Institute of Physics Conference Series No. 181, Edited by Andreone A., Pepe G.P., Cristiano R., and Masullo G.- IoP Publishing Ltd.- Bristol (UK).-2004.- ISBN: 0-7503-0981 4.- P.3284-3291.

A66. Faley M. I., Pratt K., Rememan R., Schung D., Gott S., Sarwinski R. E., Paulson D. N., Starr T. N., and Fagaly R. L. HTS dc-SQUID Micro-Susceptometer for Room Temperature Objects // Applied Superconductivity 2003 - Proceedings of EuCAS'2003: 6th European Conference on Applied Superconductivity, 14-18 September 2003, Sorrento, Italy.- Published in: Institute of Physics Conference Series No.181, Edited by Andreone A., Pepe G.P., Cristiano R., and Masullo G.-IoP Publishing Ltd.- Bristol (UK).- 2004.- ISBN: 0-7503-0981 4,- P.3270-3277.

A67. Faley M.I, Poppe U., and Jia C.L. Patents "Layered arrangement and component containing the latter" DE19634118A1 (granted 23.08.1996); US6,353,234 B1 (granted 5.05.2002).

А68 Zimmermann E., Poppe U., Faley M.I., and Hailing H. Patents "Magnetic flux sensor with a loop-shaped magnetic field conductor, and the production thereof' DE 19915226 (granted 4.2003) EP1166139 (granted 02.01.2002)

A69. Zimmermann E., Glaas W., Hailing H., Faley M.I., and Soltner H. Patents "SQUID-Microscope" EP011251022 (granted 23.10.2001) (DE,FR,GB,IT,NL,) US6,583,619 B2 (granted 2001) DE10053034 A (granted 16.05.2002) EP1202052 (granted 02.05.2002)

A70. Poppe U., Faley M.I., Soltner H., Jungbluth В., Urban K., Zimmermann E., Glaas W., and Hailing H. Patent "Sensoranordnung aus DC-SQUID und hochpermeabler Magnetfeldleiter für Magnetfeld-Mikroskop" DE10309810 W02004/079384A1 (granted 08.2003).

A71. Poppe U., Faley M.I., Breunig I., Speen R., Urban K., Zimmermann E., Glaas W., and Hailing H. HTS dc-SQUID Microscope with soft-magnetic Flux Guide // Superconductor Science and Technology.- 2004,- V.17, P.S191-S195.

All. Faley M.I., Poppe U., Slobodchikov V.Yu., Maslennikov Yu.V., and Urban K. HTS dc-SQUID planar Gradiometer Measurement System for routine Inspections // Superconductor Science and Technology.- 2004.- V.17.- P.S301-S304.

A73. Faley M.I., Pratt K., Reineman R., Schurig D., Gott S., Sarwinski R. E., Paulson D. N., Starr T. N., and Fagaly R. L., HTS dc-SQUID Micro-Susceptometer for Room Temperature Objects // Superconductor Science and Technology.- 2004.-V.17.- P.S324-S327.

A74. Фалей МИ и Масленников Ю. В. Чувствительная магнито-кардиографическая измерительная система с рабочей температурой 77 К И Биомедицинские Технологии и Радиоэлектроника - 2004.- № 8-9.- С.82-87

А75. Poppe U., Faley M.I., Gareev R.R., Weides М., Zimmermann Е., Glaas W., and Urban К. Applications of a High Temperature Superconductor SQUID Microscope with soft-magnetic Flux Guide // Proceedings of ND 2005 - Workshop "Nanoelectronics Days 2005", February 9-11, Forschungszentrum Jülich, Germany.- P.137-138.

A76. Faley M.I., Jia C.L., Poppe U., and Urban K. Bicrystal Josephson junctions on the basis of YBa2Cu307^ thin films // Proceedings of ND 2005 - Workshop "Nanoelectronics Days 2005", February 9-11, Forschungszentrum Jülich, Germany.- P. 122-123.

All. Фалей M. И. Магнитометры и градиометры на основе гетероструктур оксидных сверхпроводников // Радиотехника и Электроника.- 2005,- Т.50, №3.- С1-8.

А78. Faley M.I. SQUID magnetometers and gradiometers based on high-Tc oxide heterostructure II Journal of Communication Technology and Electronics.- 2005.-V.50, No.4.- P.461-467.

A79. Фалей M И. и Масленников Ю В. Сверхпроводниковая измерительная система для обнаружения магнитных примесей в конструкционных материалах // Радиотехника и Электроника.- 2005.- Т.50, №6.- С759-765.

А80. Faley M.I. Maslennikov Yu. V. Superconducting measuring system for detection of magnetic impurities in construction materials // Journal of Communication Technology and Electronics.- 2005.- V.50, No.6.- P.694-699.

Цитированная литература.

Куприянов М. Ю., Лихарев К. К. Эффект Джозефсона в высокотемпературных сверхпроводниках и структурах на их основе // Успехи Физических Наук,- 1990.- Т. 160, Вып.5,- С.49-87.

Урицкий М.З., Цидилковский В.И. Подвижность и диффузия изотопов кислорода в YBa2Cu3CVx. Моделирование методом Монте-Карло // Физика твердого тела.- 2003.- Т. 45., Вып. 6,- С.961-966.

Alford N. McN, Penn S. J., and Button T.W. High-temperature superconducting thick films // Supercond. Sci. Technol.- 1997,- V.10.- P.169-185.

Christen D.K., Klabunde C.E., Tompson J.R., Kerchner H.R., Sekula S.T., Feenstra R., and Budai J.D. Transport critical currents in epitaxial Y,Ba2Cu307 „thin films//PhysicaC.- 1989,-V.162-164.-P.653-654.

Daibo M., Shikoda A., Yoshizawa M. Non-contact evaluation of semiconductors using a laser SQUID microscope // Physica C.- 2002,-V.372-376.- P.263-266.

Dantsker E., Tanaka S., and Clarke J. High-Tc superconducting quantum interference devices with slots or holes: low 1/f noise in ambient magnetic fields // Appl. Phys. Lett.- 1997.- V.70, No. 15,- P.2037-2039.

de Gennes P. G. Boundary Effects in Superconductors // Rev. Mod. Phys.- 1964,-V.36.- P.225-237.

Drung D„ Ludwig F., MullerW., SteinhoffU., Trahms L„ Koch H„ Shen Y.Q., Jensen M. В., Vase P., Hoist Т., Freltoft Т., and Curio G. Integrated YBa2Cu307-x magnetometer for biomagnetic measurements // Appl. Phys. Lett.- 1996,- V.68, No.10.- P.1421-1423.

Enpuku K., Shimomura Y., and Kisu T. Effect of thermal noise on the characteristics of a high Tc superconducting quantum interference device // J. Appl. Phys.- 1993,- V.73, No.l 1,- P.7929-7934.

Feenstra R., Lindemer T.B., Budai J.D., and Galloway M.D. Effect of oxygen pressure on the synthesis of YBa2Cu307.x thin films by post-depositionannealing//J. Appl. Phys.- 1991,- V.69, No9.- P.6569-6585.

Gausepohl S.C., Lee M., Antognazza L., and Char K. Magnetoresistance probe of spatial current variations in high- Tc YBa2Cu307-SrRu03- YBa2Cu307 Josephson junctions // Appl. Phys. Lett.- 1995.- V.67, No.9.- P.1313-1315.

Greenberg Ya.S. Theory of the Voltage-Current Characteristic of High Tc DC SQUID // Physica C.- 2002.- V.371.- P.156-172.

Gross R., Chaudhan P., Dimos D., Gupta A., and Koren G. Thermally Activated Phase Slippage in High-Tc Grain-Boundary Josephson Junctions // Phys. Rev. Lett.- 1990.- V.64, No.2.- P.228-231.

Gurvitch M., Washington M.A., and Huggins H.A. High quality refractory Josephson tunnel junctions utilizing thin aluminium layers // Appl. Phys. Lett.- 1983,- V.42, No.5.- P.472-474.

Hilgenkamp H. and Mannhart J. Superconducting and normal-state properties of УВагСизОу.й bicrystal grain boundary junctions in thin films // Appl. Phys. Lett. 1998. V.73, No.2.- P.265-267.

Jaycox J. M., and Ketchen M. B. IEEE Trans. Magn.- 1981,- V. MAG-17, No. 1.- P. 400.

Ketchen M. В., and Jaycox J. M. Ultra-low-noise tunnel junction dc-SQUID with a tightly coupled input coil // Appl. Phys. Lett.- 1982,- V. 40, No.8.-P. 736-738.

Ketchen M. B. Integrated thin-film dc-SQUID sensors // IEEE Trans. Magn.-1986,- V. MAG-23, No. 2,- P. 1650-1657.

Kinder H., Berberich P., Prusseit W., Rieder-Zecha S., Semerad R., and Utz B. YBCO Film Deposition on Very Large Areas Up to 20 x 20 cm2 // PhysicaC.- 1997,- V. 282-287, P. 107-110.

Koch R.H., Eidelloth W., Oh В., Robertazzi R.P., Andrek S. A., and Gallagher W. J. Identifying the source of 1/f noise in SQUIDs made from high-temperature superconductors // Appt. Phys. Lett.- 1992.- V. 60, No .4,-P. 507-509.

Koch R.H., Rozen J.R., Sun J.Z., and Gallagher W.J. Three SQUID gradiometer // Appl. Phys. Lett.- 1993,- V.63, N.3.- P.403-405.

Koelle D., Kleiner R., Ludwig F., Dantsker E., and Clarke J. High-transition-temperature superconducting quantum interference devices // Reviews of Modern Physics.- 1999,- V.71, No.3.- P.631-686.

Likharev K.K. Dynamics of Josephson Junctions and Circuits // Gordon and Breach Science Publishers, New York.- 1986.- P.107.

Lindemer T.B., Washburn F.A., MacDougall C.S., Feenstra R. and Cavin O.V. Decomposition of YBa2Cu307.x and YBa2Cu408 for Po2 <0.1 Mpa // Physica C.- 1991,- V.178, Nos.1-3.- P. 93-104.

Miklich A.H., Koelle D., Shaw T.J., Ludwig F., Nemeth D.T., Dantsker E., Clarke J., McN N., Button A.T.W., and Colclough M.S. Low-frequency excess noise in YBa2Cu307.x dc superconducting quantum interference devices cooled in static magnetic fields // Appl. Phys. Lett.- 1994.- V.64, No.25.- P.3494-3496.

Poppe U., Prieto P., Schubert J., Soltner H., Urban K., Buchal C. Epitaxial multilayers of YBa2Cu307 and PrBa2Cu30? as a possible basis for superconducting electronic devices // Solid State Communications - 1989,-V.71, No.7.- P. 569-572.

Poppe U., Klein N., Dahne U., Soltner H., Jia C. L., Kabius В., Urban K., Lubig A., Schmidt K., Hensen S., Orbach S., Miiller G., and Piel H. Low-resistivity epitaxial YBa2Cu307.x thin films with improved microstructure and reduced microwave losses // J. Appl. Phys.- 1992,- V. 71.- P. 5572.

Tarutani Y., Fukazawa Т., Kabasawa U., Tsukamoto A., Hiratani M., Okamoto M., and Takagi K. Transport characteristics of 1-2-3 type oxide S-

N-S junctions // Applied Superconductivity.- 1993.- V.l, No.10-12.- P.1645-1651.

Tescbe C.D., and Clarke J. dc SQUID: Noise and Optimisation // J. Low Temp. Phys.- 1977,- V. 29, Nos.3/4.- P.301-331.

Vasquez R.P., Foote M.C., and Hunt B. D. Nonaqueous chemical depth profiling of YBa2Cu307.x // Appl. Phys. Lett.- 1989,- V. 54, No. 11,- P.1060-1062.

Vystavkin A.N., Gubankov V.N., Kuzmin L.S., Likharev K.K., Migulin V.V., Semenov V.K. S-c-S junctions as nonlinear elements of microwave receiving devices // Revue de Physique Appliquée- 1974.- V.9.- P. 79-109.

Watanabe T., Watanabe S., Ikeda T., Kase M., Sasaki Y., Kawaguchi T. and Katayama T. A prototype of a highly sensitive cryogenic current comparator with a HTS SQUID and HTS magnetic shield // Supercond. Sci. Technol.-2004.- V.l 7.- P.S450-S455.

Wu M.K., Ashburn J.R., Torng C.J., Hor P.H., Meng R.L., Gao L., Huang Z. J., Wang Y.Q., and Chu C.W. Superconductivity at 93 K in a new mixed phase Y-Ba-Cu-0 compound system at ambient pressure // Phys. Rev. Lett.- 1987,-V. 58,No. 9.-P. 908-910.

Подписано в печать 11 октября 2004 г. Формат 60x84 1/16. Объем 1,83 усл.п.л. Тираж 100 Ротапринт ИРЭ РАН. Заказ № 8

»18634

РНБ Русский фонд

2006-4 17691

Содержание диссертации автор исследовательской работы: доктора физико-математических наук, Фалей, Михаил Ильич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1.СВОЙСТВА ТОНКИХ ПЛЕНОК И ГЕТЕРОСТРУКТУР

НА ОСНОВЕ УВСО.

1.1 .Напыление и свойства тонких пленок УВСО и РВСО.

1.2.Влияние окисления на транспортные свойства пленок.

1.3.Структурирование пленок методами ионного и химического травления.

1.4. Модификация межслойных границ.

1.5. Микроструктурные и транспортные свойства гетероструктур УВСО/РВСО/УВСО.

1.6. Выводы к главе 1.

ГЛАВА 2. ПРИГОТОВЛЕНИЕ И СВОЙСТВА КВАЗИПЛАНАРНЫХ И БИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ДЖОЗЕФСОНОВСКИХ ПЕРЕХОДОВ.

2.1.Приготовление и свойства туннельных переходов УВС0/

§/А10Х/А1.

2.2. Приготовление квазипланарных торцевых джозефсоновских переходов.

2.3. Микроструктурные свойства квазипланарных джозефсоновских переходов.

2.4. Транспортные свойства квазипланарных переходов на постоянном токе.

2.5. Микроволновые свойства квазипланарных джозефсоновских переходов.

2.6. Приготовление субмикронных бикристаллических переходов.

2.7. Микроструктурные свойства бикристаллических переходов.

2.8. Транспортные свойства бикристаллических переходов.

2.9. Выводы к главе 2.

• ГЛАВА 3. АВТОНОМНЫЕ ВТСП СКВИДЫ ПОСТОЯННОГО

ТОКА.

3.1. Устройство ВТСП ПТ-СКВИДов и оценки их основных параметров.

3.2. Приготовление и тестирование ВТСП ПТ-СКВИДов.

3.3. Характеристики автономных ВТСП ПТ-СКВИДов.

3.4. Шумовые свойства автономных ПТ-СКВИДов.

3.5. Поведение ВТСП ПТ-СКВИДов в магнитных полях. ф 3.6. Выводы к главе 3.

ГЛАВА 4. ТРАНСФОРМАТОРЫ ПОТОКА НА ОСНОВЕ

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКОВ.

4.1. Объемные концентраторы магнитного потока.

4.2. Однослойные тонкопленочные трансформаторы потока.

4.3. Многослойные тонкопленочные трансформаторы потока с многовитковой катушкой связи.

4.4. Динамический диапазон трансформаторов потока.

Ф 4.5. Выводы к главе 4.

ГЛАВА 5. ВТСП ПТ-СКВИД МАГНИТОМЕТРЫ.

5.1. Интегрированные магнитометры с автотрансформаторной связью.

5.2. Магнитометры с многовитковой катушкой связи.

5.3. Шумовые свойства магнитометров в магнитных экранах.

5.4. Шумовые свойства магнитометров в неэкранированном пространстве.

5.5. Выводы к главе 5.

ГЛАВА 6. ВТСП ПТ-СКВИД ГРАДИОМЕТРЫ.

6.1. Градиометры с автотрансформаторной связью.

6.2. Градиометры с с многовитковой катушкой связи.

6.3. Электронные градиометры.

6.4. Шумовые свойства градиометров.

6.5. Выводы к главе 6. ф

ГЛАВА 7. ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЙ ВТСП ПТ-СКВИДОВ.

7.1. Неразрушающий контроль материалов.

7.2. ВТСП СКВИД-микроскопия.

7.2.1. Сканирующий СКВ ИД микроскоп.

7.2.2. СКВИД микроскоп с проводником магнитного потока.

7.3. Биомагнетизм.

7.4. Выводы к главе 7.

Введение диссертация по физике, на тему "Тонкопленочные гетероструктуры оксидных сверхпроводников и их применение для сверхпроводниковых квантовых интерферометров"

Множество применений сверхпроводниковой электроники относятся к разряду ключевых технологий, активно развивающихся в настоящее время и имеющих впечатляющие перспективы широкого использования как в научных исследованиях так и в индустрии 21-го века. Оксидные соединения со структурой типа перовскита образуют технологически совместимую совокупность материалов, имеющих большое разнообразие электрических и магнитных свойств благодаря наличию в них сильно коррелированных электронных систем. Оксидные гетероструктуры имеют широкий диапазон актуальных применений, включающих магнитные и химические сенсоры, цифровые приборы, микроволновые компоненты, элементы магнитной памяти и записи, катализаторы, многослойные конденсаторы и топливные элементы. Оксидный сверхпроводник УВа2Сиз07х (УВСО) относится к классу высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), имеющих огромный потенциал применений благодаря повышению рабочей температуры сверхпроводниковых устройств до температуры кипения жидкого азота и значительно большей амплитуде параметра порядка по сравнению с традиционными - низкотемпературными сверхпроводниками (НТСП). Имеется актуальная потребность в развитии воспроизводимой технологии высококачественных многослойных тонкопленочных ВТСП структур типа джозефсоновских переходов, трансформаторов магнитного потока и др., включающих сверхпроводящие, диэлектрические полупроводниковые и ферроэлектрические прослойки.

Одним из основных элементов сверхпроводниковой электроники является сверхпроводниковый квантовый интерференционный детектор (СКВИД) - наиболее чувствительный детектор потока магнитного поля, служащий для измерения многих физических характеристик, трансформируемых в магнитный поток. Получение и исследование СКВИД-структур представляет собой значительный фундаментальный и практический интерес. Характеристики СКВИДов определяются квантовыми эффектами, происходящими в джозефсоновских переходах и сверхпроводящих пленках. Изучение и оптимизация наблюдаемых в ® СКВИДах квантовых процессов позволяет изготовлять на основе СКВИДов постоянного тока (ПТ-СКВИД) измерительные системы, обладающие рекордной чувствительностью по магнитному полю, приближающейся к квантовому пределу по энергетическому разрешению с ~ h«6.6 х 10"34 Дж/Гц. Областями применения СКВИДов являются, например, измерительные системы для биомагнетизма, неразрушающего контроля материалов, для характеризации пучков в ускорителях элементарных частиц и для геомагнитных исследований. ф На момент начала работы по данной теме (1990 г.) только разрабатывались методики эпитаксиального осаждения пленок оксидного сверхпроводника YBa2Cu307.x (YBCO) [Wu et al., 1987] и технологически совместимой с ним несверхпроводящей керамики РгВа2СизС>7х (РВСО) [Poppe et al., 1989] на подложки SrTiOß и ЬаАЮз. Проводились первые попытки изготовления ВТСП джозефсоновских переходов различного типа, а также оптимизация и сравнение их характеристик с целью выявления лучших переходов для конкретных применений. Появились первые ВТСП СКВИДы, уступающие на несколько порядков по чувствительности НТСП СКВИДам. ® Весьма проблематичной была интеграция ВТСП СКВИДов в измерительные системы из-за быстрой деградации пленок оксидных сверхпроводников в воздухе, а также из-за отсутствия апробированных методов их пассивирования и/или капсулирования.

В настоящей работе проведены разработка, оптимизация и изучение характеристик элементов ВТСП электроники на примере ВТСП гетероструктур, включающих металлооксидные пленки, джозефсоновские контакты и ПТ-СКВИД сенсоры. В работе было выполнено исследование и совершенствование эпитаксиального роста в ВТСП гетероструктурах. Кроме того, был разработан оригинальный метод структурирования ВТСП пленок, который был применен для создания оригинальных квазипланарных джозефсоновских переходов, а также - множества разнообразных ВТСП СКВИД магнитометров и градиометров, имеющих рабочую температуру 77.4 К. Ввиду актуальной потребности в СКВИДах основной упор в данной работе был сделан на разработке воспроизводимой технологии высококачественных и надежных ВТСП ПТ-СКВИД сенсоров, пригодных для интеграции в многоканальные измерительные системы. Была выполнена апробация ПТ-СКВИДов для различных применений. В целом работа представляет собой комплекс исследований, направленных на решение всей совокупности проблем, начиная с разработки и приготовления ВТСП микроструктур и изучения их фундаментальных свойств и кончая созданием конкуррентноспособных СКВИД систем, обладающих рекордными характеристиками и предназначенными для множества актуальных применений.

Целью диссертационной работы является решение следующих основных проблем:

2. Разработка и усовершенствование квазипланарных и бикристаллических джозефсоновских ВТСП переходов с целью увеличения 1сКп, уменьшения шумов и улучшения воспроизводимости, необходимые для повышения чувствительности ПТ-СКВИДов.

3. Разработка ВТСП ПТ-СКВИД магнитометров и градиометров с оптимизацией параметров, наиболее важными для различных применений.

Научная новизна работы. Следующие результаты получены впервые:

1. Усовершенствование метода напыления при высоком давлении кислорода до уровня, достаточного для рутинного получения высококачественных пленок оксидных материалов, в частности, YBCO и РВСО. Это оказалось возможным, в частности, благодаря разработанному автором методу металлизации мишеней.

2. Экспериментально изучены микроструктурные и транспортные свойства пленок YBCO и РВСО, изготовленных методом напыления при высоком давлении кислорода.

3. Экспериментально изучены различные методы окисления пленок YBCO и его влияние на транспортные свойства пленок. Впервые показано, что окислительная способность кислородной плазмы, создаваемой микроволновым излучением или тлеющим разрядом в напылительной установке, превышает окислительную способность молекулярного кислорода. Данное исследование позволило оптимальным образом насыщать кислородом джозефсоновские переходы и многослойные гетероструктуры для достижения их наивысших сверхпроводящих параметров.

4. Разработана методика формирования рисунка в пленках YBCO и РВСО с помощью фотолитографии электронного фоторезиста РММА и химического травления пленок в безводном спиртовом растворе брома.

Изучены микроструктурные и транспортные свойства межслойных соединений, образованных данным химическим травлением. Показано, что в отличии от травления электронным пучком безводное химическое травление позволяет получать атомарно-чистые поверхности, пропускающие на порядок больший сверхток.

5. Экспериментально разработаны и исследованы джозефсоновские ВТСП переходы нового типа - квазипланарные переходы с прослойкой из полупроводника РВСО в качестве туннельного барьера с прыжковым типом проводимости. Изучены транспортные и микроволновые свойства данных переходов. Показано, что в отличие от стандартных торцевых переходов они имеют меньшее сопротивление, несут больший сверхток и имеют большее характерное напряжение Ус = 1СЯП. Впервые предложен и внедрен способ модификации межслойных границ с помощью бомбардировки ионным пучком.

6. Экспериментально разработаны и исследованы ВТСП СКВИДы с использованием квазипланарных и субмикронных бикристаллических переходов. Проведена оптимизация пленок, джозефсоновских переходов и конфигурации СКВИДов для работы при темпрературе жидкого азота 77.4 К. Обнаружено, что ВТСП ПТ-СКВИДы с квазипланарными джозефсоновскими переходами благодаря эффекту частичного экранирования внешнего магнитного поля верхним электродом способны работать в полях до 0.1 Тл без существенного подавления тока смещения. В случае с субмикронными бикристаллическими переходами достигнуты оптимальное для СКВИДов значение Яп ~ 10 Ом и характерное напряжение Ус ~ 0.4 мВ при Т = 77.4 К, что позволило рутинным образом получать СКВИДы с большой глубиной модуляции, лучшим разрешением по магнитному потоку и улучшенной стабильностью при работе в магнитно-неэкранированном пространстве.

7. На основе представленной в п.З технологии были экспериментально разработаны, изготовлены, оптимизированы и исследованы многовитковые тонкопленочные трансформаторы потока в магнитометрической и градиометрической конфигурации с использованием РВСО в качестве межслойной изоляции и безводного химического травления для формирования рисунка в нижних слоях. Изучены микроструктурные, шумовые и транспортные свойства трансформаторов потока.

8. На базе представленных в п. 5 ВТСП ПТ-СКВИДов и трансформаторов потока созданы сверхчувствительные магнитометры и градиометры, имеющие разрешение, соответственно, 6 фТлЛ/Гц и 30 фТл/см^Гц при 77.4 К, что вплоть до настоящего времени является мировым рекордом. Разработано оригинальное капсулирование датчиков, позволяющее достигать наилучшие шумовые характеристики датчиков в магнитно-неэкранированном объеме и обеспечивать их долговременную стабильность к термоциклированию и хранению в воздухе при комнатной температуре.

9. Проведена апробация представленных в п. 7 ВТСП ПТ-СКВИД магнитометров и градиометров, в частности, для применений в биомагнетизме и неразрушающем контроле материалов. Установлено, что данные датчики удовлетворяют предъявляемым требованиям и могут быть использованы как для вышеупомянутых, так и для многих других применений. Оказалось, что по чувствительности, помехозащищенности и долговременной стабильности данные датчики превосходят известные аналоги, производимые во множестве конкурирующих лабораторий по всему миру.

Практическая ценность диссертационной работы заключается, в первую очередь, в разработке технологии многослойных гетероструктур оксидных сверхпроводников и, в частности, технологии приготовления сверхчувствительных датчиков магнитного поля и градиента магнитного поля, способных стабильно функционировать в магнитно-неэкранированном объеме. Проведенный цикл исследований также позволил:

1. Существенно усовершенствовать приготовление пленок УВСО и РВСО методом напыления при высоком давлении кислорода, который позволяет сохранить стехиометрию и получать наилучшее качество микроструктуры и других параметров оксидных пленок. В частности, предложенный и внедренный автором способ металлизации мишеней позволил существенно улучшить стабильность кислородной плазмы и долговременную стабильность мишеней. Данный метод также может быть использован (и в настоящее время уже широко используется) для напыления многих других оксидных пленок, например, пленок ВТСП КеВа2Сиз07.х (Яе= У, Рг, N(1, 0(1, Но, Ей), В128г2Са,Си2Оу, В128г2Са2Си3Оу, (ВаК)ВЮз, Ш2.х(Се8г)хСи04, пленок диэлектриков 8гТЮ3, ЬаАЮз, ВаТЮ3, ВаТЬОз, Се02, ШСаАЮ4, Г^О, У203, YSZ, пленок материалов с колоссальным магнитным сопротивлением (ЬаСа)Мп03, (Рг8г)Мп03 и многих других.

2. Изучение различных методов окисления пленок УВСО позволило оптимальным образом насыщать кислородом джозефсоновские переходы и многослойные гетероструктуры оксидных сверхпроводников для достижения их наилучших сверхпроводящих параметров.

3. Разработана специальная методика формирование рисунка в тонкопленочных гетероструктурах УВСО и РВСО с помощью фотолитографии электронного фоторезиста РММА и химического травления пленок в безводном спиртовом растворе брома. Данная методика позволила получать атомарно-чистые поверхности, пропускающие рекордно большой сверхток. Продемонстрирована возможность комбинации данного метода с электронно-лучевым травлением для формирования рисунка с микронным разрешением, что существенно расширяет область применения данной технологии.

4. Предложен и внедрен способ модификации межслойных границ с помощью бомбардировки ионным пучком (interface engineering), который в дальнейшем был широко использован, в частности, для создания высокочастотных цифровых интегральных ВТСП микросхем, так как данный метод обеспечивает наилучшую воспроизводимость при изготовлении ВТСП переходов.

5. Экспериментально разработанные и исследованные ВТСП СКВИДы с использованием квазипланарных и субмикронных бикристаллических переходов имеют широкий спектр применений благодаря высокой рабочей температуре 77.4 К, возможностью работы при повышенных значениях магнитного поля, большой глубиной модуляции, хорошим разрешением по магнитному потоку и улучшенной стабильностью при работе в магнитно-неэкранированном пространстве. В частности, представляется перспективным использование данных СКВИДов для целей неразрушающего контроля и магнитной микроскопии.

6. Показано, что разработанная технология тонкопленочных гетероструктур может быть использована по крайней мере для приготовления квазипланарных джозефсоновские переходов и высококачественных многовитковых тонкопленочных трансформаторов потока. Большая величина сверхтока данных трансформаторов потока позволяет их использование при перемещениях в земном магнитном поле. Это открывает широкие возможности для использования чувствительных ВТСП магнитометров и градиометров, в частности, при геомагнитных исследованиях, например, при магнитном картографировании местности в археологии.

7. Созданные на базе вышеупомянутых ПТ-СКВИДов и трансформаторов потока свехчувствительные магнитометры и градиометры имеют разрешение 6 фТл/л/Гц и 30 фТл/см^Гц при температуре жидкого азота, что вплоть до настоящего времени является непревзойденным мировым рекордом. Разработанное оригинальное капсулирование датчиков, позволяет достигать наилучшие шумовые характеристики датчиков в магнитно-неэкранированном объеме и обеспечивать их долговременную стабильность к термоциклированию и хранению в воздухе при комнатной температуре. Оказалось, что по чувствительности, помехозащищенности и долговременной стабильности данные датчики превосходят все известные аналоги, производимые во множестве конкурирующих лабораторий по всему миру. Сочетание лучшего разрешения и стабильности явились решающими факторами, определившими использование данных датчиков во множестве измерительных СКВ ИД систем.

Апробация работы.

Основные материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах ИРЭ РАН, на заседаниях немецкого физического общества, на научных семинарах университета г. Вупперталь и Института Твердотельных Исследований Исследовательского Центра г.

Юлих (Германия). Основные положения и результаты диссертации докладывались на 47 всесоюзных и международных конференциях, таких как: международных конференциях по прикладной сверхпроводимости (Applied Superconductivity Conference, ASC) в 1990, 1992, 1994, 1996, 1998 и 2000 годах; европейских конференциях по прикладной сверхпроводимости

• (European Conference on Applied Superconductivity, EuCAS) в 1991, 1993, 1995, 1997, 1999, 2001, 2003, и 2005 годах; международных конференциях по биомагнетизму (Biomag) в 2000 и 2002 годах; международных конференциях по материалам и механизмам сверхпроводимости и высокотемпературным свехпроводникам (Materials and Mechanisms of Superconductivity and High Temperature Superconductors, M2S-HTSC) в 1994 и 2000 годах; международных конференцях по сверхпроводниковой электронике (International Superconducting Electronics Conference, ISEC) в 1995 и 1997 ф годах; международных конференцях по криоохладителям (International

Cryocooler Conference, ICC) в 1996 и 1997 годах; VI Трехстороннем Германо-Российско-Украинском Семинаре по высокотемпературной сверхпроводимости в 1993 году и многих других.

Публикации.

По результатам вошедших в диссертацию исследований имеется 80 печатных работ, основная часть которых опубликована в ведущих отечественных и зарубежных реферируемых журналах.

Личный вклад

Основная часть содержания диссертации основана на работах, написанных автором лично в качестве первого автора в соавторстве с сотрудниками по различным проектам. В данных работах личный вклад автора состоял в постановке задачи, разработке шаблонов для фотолитографии, оптимизации напылительных установок, изготовлении образцов, участии в выполнении измерений, в обсуждении и интерпретации экспериментальных результатов. В остальных работах личный вклад автора состоял в изготовлении образцов, участии в выполнении измерений, в обсуждении и интерпретации экспериментальных результатов. Изображения атомарной структуры приготовленных автором образцов были получены с помощью просвечивающего электронного микроскопа специалистом исследовательского центра г.Юлих (Германия) C.L.Jia и его сотрудниками.

На защиту выносятся лишь результаты, полученные лично автором.

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка публикаций автора по теме диссертации и списка цитированной литературы. Объём диссертации составляет 402 страницы, включая 175 рисунков и список литературы из 302 наименований.

Заключение диссертации по теме "Приборы и методы экспериментальной физики"

6.5. Выводы к главе 6.

В процессе разработки ВТСП ПТ-СКВИД градиометров и изучения их свойств были получены следующие основные результаты:

1. Впервые достигнута чувствительность ~ 50 фТл/см ^Гц при температуре 77.4 К для автотрансформаторных ВТСП ПТ-СКВИД градиометров с дополнительным флип-чип однослойным градиометрическим трансформатором потока размера ~ 5 см. В отсутствии флип-чип трансформатора чувствительность автотрансформаторных ВТСП ПТ-СКВИД градиометров, изготовленных на подложках размером 10 мм х 10 мм, составила ~ 1 пТл/см ^/Гц при температуре 77.4 К.

2. Впервые достигнут собственный баланс автотрансформаторных ВТСП ПТ-СКВИД градиометров с флип-чип однослойным градиометрическим трансформатором потока ~ 4000 в плоскости, параллельной поверхности пленок и ~ 1800 в перпендикулярном поверхности пленок направлении. Данный баланс обусловлен микронной точностью фотолитографического изготовления тонкопленочного трансформатора потока.

3. Впервые разработаны и изготовлены ВТСП ПТ-СКВИД градиометры разрешением лучше ~ 40 фТл/см ^Гц при 77.4 К при использовании флип-чип многослойного градиометрического трансформатора потока, имеющего многовитковую катушку связи и базовую длину ~ 1 см.

4. Впервые изучены низкочастотные шумы ВТСП ПТ-СКВИД флип-чип градиометров с многовитковой катушкой связи в экранированном и неэкранированном пространстве как при постоянном, так и при переменном токе смещения. Достигнуто спектральное разрешение градиометра ~ 100 фТл/см "^Гц при 77.4 К на частоте ~ 1 Гц.

5. Обнаружено увеличение низкочастотных шумов ВТСП ПТ-СКВИД флип-чип градиометров с многовитковой катушкой связи в неэкранированном пространстве до ~ 1 пТл/см "^Гц при 77.4 К на частоте ~ 1 Гц. Данное увеличение низкочастотных шумов объясняется движением вихрей Абрикосова в пленках приемной катушки.

6. Разработаны и протестированы ряд способов пассивирования и капсулирования ВТСП ПТ-СКВИД флип-чип градиометров. Впервые достигнута многолетняя долговременная стабильность ВТСП градиометров хранящихся при комнатной температуре и при многократном термоциклировании до рабочей температуры 77.4 К.

ГЛАВА 7

ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЙ ВТСП ПТ-СКВИДОВ

Развитие технологии ВТСП приводит к существенному расширению областей применений сверхпроводниковой электроники и, в первую очередь,

• применения ВТСП ПТ-СКВИДов. Одним из преимуществ ВТСП структур является возможность увеличения рабочей температуры до температуры кипения жидкого азота 77.4 К. Первым следствием этого становится кардинальное увеличение ресурса криосистем: скорость испарения жидкого азота почти на порядок меньше скорости испарения жидкого гелия из криостатов сравнимых размеров. В то время как стандартные НТСП системы необходимо наполнять жидким гелием, как минимум, раз в неделю, сравнимые по размерам и количеству каналов измерительные ВТСП системы

Ф могут быть дозаправлены жидким азотом реже чем раз в месяц. Это дает возможность значительно облегчить работу обслуживающего персонала. Дополнительным преимуществом работы при температуре кипения жидкого азота 77.4 К является также значительно более простая возможность организации автоподлива азота по сравнению с автоподливом гелия. Также в данном случае значительно упрощается использование криокулеров.

Области применения ВТСП ПТ-СКВИД датчиков определяются, в частности, их чувствительностью. На рис.7.0.1 представлена актуализированная автором диаграмма из работ [Т^а1у, 1989, 1996] демонстрирующая характерные магнитные поля и частотные диапазоны некоторых из возможных применений ПТ-СКВИДов. Линии указывают чувствительность коммерчески доступных ВТСП ПТ-СКВИД магнитометров и наилучших НТСП ПТ-СКВИД магнитометров. Пунктирной линией отмечена типичная чувствительность разработанных автором ВТСП ПТ

СКВИД магнитометров с 16-мм многослойным трансформатором потока при рабочей температуре 77.4 К.

-8

-10

10 го to Ф t

-о -12 .92 10 и. о я5 с

О) я

5 .14 10

SQUID

Magnetocardiography

Geophysical

Magnetic Anomaly Detection

HTS SQUID sensors

Magnetoencephalography

LTS SQUID sensors

Susceptometry

Лг'чЧчЧЧ • <■:■■■ v

Non-Destructive Test and Evaluation

Frequency (Hz)

Рис.7.0.1. Характерные магнитные поля и частотные диапазоны некоторых из возможных применений ПТ-СКВИДов [Ра^а1у, 1989, 1996]. Линии указывают чувствительность коммерчески доступных ВТСП- и НТСП-ПТ-СКВИД магнитометров. Пунктиром отмечена чувствительность разработанных автором 16-мм ВТСП магнитометров при 77.4 К.

Как видно на рис.7.0.1, с точки зрения собственной чувствительности ВТСП ПТ-СКВИД магнитометры подходят для использования практически во всех представленных областях применений. Необходимо, однако, отметить, что для ряда применений необходимо проводить измерения в относительно широком диапазоне частот. Например, в случае магнитокардиографии для получения информации, имеющей медицинскую ценность, минимальный частотный диапазон составляет 0.1 - 300 Гц (см. раздел 7.2).

Большой интерес представляют направления исследований, связанные с тестированием многослойных конструкций где стандартные методы неразрушающего контроля типа ультразвуковой диагнистики имеют ограниченные возможности применения. При так называемом активном тестировании зондирующий сигнал приводит к возбуждению магнитного отклика в исследуемом объекте. В качестве примеров можно привести зондирование вихревыми токами обшивки самолетов и проверку целостности арматуры железобетонных конструкций методом ее намагничивания. Если измерения не требуют большого динамического диапазона, то использование стандартных методов на основе датчиков Холла или индукционных катушек часто оказывается предпочтительней. Основным преимуществом СКВИДов для данных применений является их большой динамический диапазон (~ 180 дБ). Причем даже без трансформатора потока типичная чувствительность автономного СКВИДа ~ 10 пТл/л/Гц оказывается достаточной для данных измерений. При амплитуде зондирующего сигнала ~ 10 мТл возможно измеренияе отклика амплитудой менее 1 нТл с достаточно высоким отношением сигнал-шум ~ 100. Возможность использования при этом метода синхронного детектирования позволяет достичь максимальной чувствительности измерений.

Разработанные автором квазипланарные джозефсоновские переходы в составе автономных ПТ-СКВИДов были успешно апробированы для тестирования соленоидов, предназначенных для использования в экспериментах по ядерному магнитному резонансу (ЯМР). Основное требование к данным соленоидам состоит в обеспечении однородности магнитного поля в максимально большом объёме. Задача состояла в проверке качества соленоидов, имеющих однородность магнитного поля на уровне единиц 10"6 в объёме нескольких кубических сантиметров. Для изготовления данных соленоидов используются сборки из основного соленоида с несколькими последовательно намотанными корректирующими катушками. Процедура изготовления корректирующих катушек предполагает многократное тестирование соленоидов с помощью магнитного датчика, имеющего линейность также на уровне единиц 10"6. Автономные ПТ-СКВИДы с квазипланарными джозефсоновскими переходами оказались способны работать в больших магнитных полях без проявления гистерезисных эффектов и продемонстрировали необходимый уровень чувствительности и линейности.

С помощью СКВИДа измеряются изменения магнитного потока через его петлю. Данный поток можно создать с помощью тока, протекающего по плотно прижатой к СКВИДу плоской многовитковой катушке. Выходной сигнал СКВИД-системы при этом оказывается пропорционален протекающему через катушку току. Разрешение такого пикоамперметра в основном определяется тепловыми шумами источника тока: 81 ~ л*/(4квТ/Я) ~ 65Л*/(Т/Я) [пАл>/(Ом/К-Гц)], где ЩОм] - внутреннее сопротивление измеряемого источника тока. Включение обратной связи СКВИДа согласно представленной на рис.7.0.2 принципиальной схеме позволяет значительно увеличить входное сопротивление системы и использовать ее в качестве пиковольтметра для изучения, например, шумовых свойств джозефсоновских переходов. В работе [А36] было продемонстрировано разрешение ~ 50 пВЛ/Гц при суммарной величине сопротивления входной цепи ~ 0.3 Ом для пиковольтметра на основе изготовленного автором ВТСП СКВИДа с квазипланарными джозефсоновскими переходами. Соответствующий тепловой предел разрешения составляет ~ ^(4квТЯ) ~ 36 пВЛ/Гц при рабочей температуре 77.4 К.

300 К сквид электроника

СКВИД

77 К

Рис. 7.0.2. Принципиальная схема ПТ-СКВИД-пиковольтметра.

Данная глава посвящена продемонстрированным примерам применений ПТ-СКВИД магнитометров и градиометров на основе разработанных в данной диссертационной работе гетероструктур оксидных сверхпроводников. Более ста разработанных и изготовленных автором закапсулированных ПТ-СКВИД сенсоров было интегрировано в измерительные системы, использованные в различных исследовательских проектах по всему миру. В частности, хорошие результаты были получены, например, при использовании автономных ПТ-СКВИДов для проверки целостности железной арматуры в железобетонных конструкциях [А59]. Градиометры с автотрансформаторной связью были использованы для проверки на наличие скрытых трещин во внутренних слоях обшивки самолетов и внутри ободов самолетных колес [А41], [А42], [А46], [А47], [А48], [А49], [А50]. В частности, большое значение имеет пассивное дистанционное детектирование слабых магнитных сигналов от магнитных неоднородностей или примесей в массивных металлических конструкциях.

Разработанные и изготовленные автором чувствительные магнитометры с накладным трансформатором потока были с успехом опробованы в геомагнитных исследованиях [А50], исследованиях целостности • армированных углеродной тканью пластиковых конструкций [Valentino et al.,

1999] и при бесконтактном тестировании полупроводниковых структур с помощью так называемого лазерного СКВИД микроскопа [Daibo et al., 2002]. Одним из множества применений флип-чип градиометров стало измерение тока радиоизотопных пучков в ускорителях [Watanabe et al., 2004]. Была проведена апробация ВТСП ПТ-СКВИДов в измерительных системах для неразрушающего контроля материалов, СКВИД-микроскопии и биомагнетизма. Описание последних экспериментов представлено в ф соответствующих разделах настоящей главы. В биомагнитных исследований преимущества СКВИД.систем проявляются наиболее полно так как при этом возможен только метод пассивного детектирования с чувствительностью, определяемой собственными шумами датчиков.

7.1. Неразрушающий контроль материалов

Множество потенциальных применений СКВИДов относятся к неразрушающему контролю материалов. В данном случае СКВИД-системы Ф используются главным образом для дистанционного измерения магнитных аномалий в технических материалах и инженерных конструкциях на их основе. В данном разделе описана апробация планарного ВТСП ПТ-СКВИД градиометра для целей неразрушающего контроля материалов на примере для рутинных проверок конструкционных материалов на наличие магнитных примесей ([А65], [А72], [А79], [А80]). Разработка и изготовление чувствительных систем измерения магнитных характеристик требует регулярного контроля используемых конструкционных материалов (в основном, стеклопластиковых деталей) на наличие магнитных примесей. Наличие магнитного загрязнения на вставке или в криостате вблизи чувствительного элемента деградирует шумовые свойства системы и увеличивает нежелательную чувствительность системы по отношению к вибрациям. Источником такого магнитного загрязнения может служить, например, пыль из механической мастерской, содержащая иногда мельчайшие частицы магнитных соединений железа, кобальта или никеля. Частицы размером до ~ 100 микрон могут задержаться в микротрещинах, под поверхностью и в неоднородностях конструкционных деталей измерительной системы и оставаться таким образом необнаружимыми при стандартном визуальном контроле. Измерительная система для таких

Ф рутинных инспекций должна обеспечивать необходимое разрешение на расстоянии в несколько сантиметров от таких магнитных частиц, не требовать особого внимания на поддержание ее в рабочем состоянии и стабильно функционировать в магнитно-неэкранированных лабораторных условиях. Представленная в данном разделе градиометрическая ВТСП СКВИД система была использована в течении года для различных измерений и демонстраций в лабораторных условиях без использования магнитной экранировки.

Планарный ВТСП ПТ-СКВИД градиометр НТО-1011 с базой ~ 1 см дает возможность проводить чувствительные измерения в условиях сильных магнитных шумов на расстояниях (1-10) см от датчика до исследуемого объема и поэтому представляется наиболее подходящим для детектирования данных примесей. В градиометре использовались бикристаллические переходы шириной (0.5 - 1) микрон, изготовленные на симметричных 24° бикристаллах БгТЮз (100) посредством стандартной фотолитографии с

AZ5214 фоторезистом и ионным травлением. Трансформатор потока градиометра имел 25-мм градиометрическую приемную катушку и 14-ти витковую катушку связи диаметром ~ 1 мм, расположенную в центре градиометра. Вывод тока из центра катушки связи осуществлялся в нижнем сверхпроводящем слое, отделенном от верхнего слоя пленкой РгВагСизОу.*, # предохраняющей от сверхпроводящих закороток между витками катушки и полоской вывода тока. Градиометр был вакуумно-плотно закапсулирован в стеклопластиковом корпусе вместе с платиновым термометром-нагревателем и медной катушкой, используемой для модуляции и обратной связи.

Градиометр был оптимизирован для работы при температуре 77.4 К с жидким азотом в качестве криогенной жидкости. Жидкий азот значительно дешевле и более прост в обращении по сравнению с используемым для охлаждения НТСП СКВИДов жидким гелием. Благодаря высокой теплоте Ф испарения жидкого азота оптимированная система требует долива азота в 5 раз реже по сравнению с системой, охлаждаемой жидким гелием 4Не, хотя теплопоток в жидкий гелий, как правило, значительно меньше теплопотока в жидкий азот за счет эффективного охлаждения стенок криостата и токовводов испаряющимся газом.

Градиометр на стеклопластиковой вставке прижимался ко дну азотного стеклопластикового криостата (см. рис. 7.1.1) параллельно горизонтальной плоскости х,у. Направление оси х данной системы координат было выбрано вдоль базы градиометра. Криостат (НПО «КРИОТОН») имел высоту 60 см и ф вмещал 1.5 литра жидкого азота (см. рис. 7.1.2). После принятия необходимых мер по уменьшению теплопотоков была продемонстрирована стабильная работа измерительной системы с данным стеклопластиковым криостатом в течение времени более недели без долива жидкого азота.

Х/ Кч\\ч\ч\ч\\\\\\ч\ччч\чч\\\\\чччч^1 вакуум и суперизоляция закапсулированныи градиометр X

Рис. 7.1.1. Схема расположения капсулированного планарного градиометра в криостате.

Рис. 7.1.2. Фотография радиочастотно экранированного криостата, предназначенного для работы с планарным градиометром в неэкранированном помещении.

В таблице 7.1.1 приведено сравнение основных параметров, определяющих криоресурсы измерительных систем с 1,5-л. криостатом, охлаждаемым жидким гелием или жидким азотом. Криоресурс системы определяется, в основном, теплопотоками в криостат через: (а) тепловое излучение, (б) остаточный газ в вакуумной рубашке и (в) токовводы. # Мощность теплового излучения уменьшается пропорционально числу радиационных экранов N+1. Остаточное давление в вакуумной рубашке уменьшается с помощью крионасоса. Теплопоток по токовводам уменьшается использованием проводов, имеющих малую теплопроводность, например, нихромовых.

Список источников диссертации и автореферата по физике, доктора физико-математических наук, Фалей, Михаил Ильич, Москва

1. Бредов М. М., Ланг И. Г., Окунева М.Н. К вопросу о глубине проникновения ионов средней энергии в вещество // Журнал технической физики.- 1958.-Т.28, №2.- С.252-264.

2. Броудай И., Мерей. Дж. Физические основы микротехнологии, Москва, "Мир", 1985.

3. Бывалин Д. А., Гершензон М. Е., Невельская Я. А., Фалей М. И. Приготовление микроструктур на основе ВТСП пленок посредством ионно-плазменного травления // Сверхпроводимость: физика, химия, техника.- 1991.- Т.4, № 8.- Р. 1604 -1607.

4. Гершензон М.Е., Губанков В.Н. Критические токи распаривания в узких ниобиевых пленках // ФТТ.- 1979.- Т.21.- С.700-703.

5. Гершензон М. Е., Фалей М. И. Нагреватель подложек для напыления и отжига ВТСП пленок в кислороде // Приборы и техника эксперимента.-1989.-№6.- С. 160.

6. Гудошников С.А., Матвеец J1.B., Мигулин В.В., Снигирев О.В., Тишин A.M. Сканирующая магнитометрия высокого разрешения на основе сверхпроводящего квантового интерферометра // Радиотехника и электроника.- 2001.- Т.46.- С.793.

7. Кириченко Д.Е., Паволоцкий А.Б., Прохорова И.Г., Снигирев О.В. Характеристики тонкопленочного датчика сканирующего магнитного микроскопа на основе СКВИДа // Журнал технической физики.- 1999.-Т.69, Вып.7.- С.112-117.

8. Кислинский Ю.В., Степанцов Е.А., Иванов З.Г., Клаесон Т. Симметричные ВТСП бикристаллические джозефсоновские переходы: зависимость электрофизических свойств от угла разориентации // Физика твердого тела.- 2001.- Т.43, Вып.4.- С.581-586.

9. Комиссинский Ф.В., Овсянников Г.А., Кислинский Ю.В., Котелянский И.М., Иванов З.Г. Андреевские состояния и эффект Джозефсона в сверхпроводниковых гетеропереходах в тонких пленках УВа2СизОх //. ЖЭТФ.- 2002.- Т. 122, №6.- С.1624-1637.

10. Комиссинский Ф.В., Константинян К.И., Кислинский Ю., Овсянников Г.А. Электронный транспорт в металлооксидных сверхпроводниковых гетеропереходах // Физика низких температур.- 2004.- Т. 30, № 7/8.- С.795-809.

11. Куприянов М.Ю., Лихарев К.К. Эффект Джозефсона в высокотемпературных сверхпроводниках и структурах на их основе // Успехи Физических Наук,-1990.- Т. 160, Вып.5.- С.49-87.

12. Куприянов М.Ю., Лукичев В.Ф. Температурная зависимость критического тока распаривания в сверхпроводниках // Физика низких температур.• 1980,- Т.6, №4.- С.445-453.

13. Масленников Ю.В., Слободчиков В.Ю. Сверхпроводниковые магнитометры в биомагнитных исследованиях // Биомедицинская радиоэлектроника.-2000.-№8.-С.31-38.

14. Моргулис Н. Д. Катодное распыление // Успехи Физических Наук.- 1946.-Т.28.- С.202- 214; 1947.- Т.31.- С.288-299.

15. НПО «КРИОТОН», г. Троицк Московской обл., 142190, ул. Солнечная 12.

16. Овсянников Г.А., Борисенко И.В., Константинян К.И., Маштаков А.Д.,

17. Ф Степанцов Е.А. Фазовая зависимость сверхпроводящего тока в YBCOджозефсоновских переходах на бикристаллической подложке // Письма в ЖТФ.- 1999.- Т.25, Вып.22.- С.65-72.

18. Плешивцев Н. В. Катодное распыление.- М,- 1968.- 232 с.

19. Попов В.Ф., Горин Ю.Н. Процессы и установки электронно-ионной технологии. М.: Высш. шк., 1988.

20. Снигирев О.В., Тишин A.M., Гудошников С.А., Андреев К.Е., и Бор Я. Магнитные свойства ультратонких пленок Ni // Физика твердого тела.-1998.- Т.40, №9.- С.1681-1685.

21. Снигирев О. В. Сверхчувствительная сквид-магнитометрия // Успехи

22. Физических Наук.- 1999.- Т.169, №2.- С.221-223.

23. Урицкий М.З., Цидилковский В.И. Подвижность и диффузия изотопов кислорода в УВагСизОб+х- Моделирование методом Монте-Карло // Физика твердого тела.- 2003.- Т. 45., Вып. 6.- С.961-966.

24. Abrikosov A.A. On the nature of the order parameter in HTSC and influence of impurities // J. Phys. Chem. Solids.- 1995.- V.56, No.12.- P.1567-1572.

25. Alexandrov E.B. Recent progress in optically pumped magnetometers // Physica Scripta.- 2003.- V.T105.- P.27-30.

26. Alarco J.A., Olsson E. Analysis and prediction of the critical current density across • 001.-tilt YBa2Cu307.5 grain boundaries of arbitrary misorientation angles //

27. Phys. Rev. B.- 1995.- V.52, No. 18.- P. 13625-13630.

28. Alford N. McN., Penn S.J., and Button T.W. High-temperature superconducting thick films // Supercond. Sci. Technol.- 1997.- V.10.- P.169-185.

29. Altshuler B.L., Aronov A.G., and Lee P.A. Interaction effects in disordered Fermi systems in two dimensions // Phys. Rev. Lett.- 1980.- V.44, No. 19.- P. 12881291.

30. Ambegaokar V. and Baratoff A. Tunneling between superconductors // Phys. Rev. ^ Lett.- 1963.- V. 10, No. 11.- P.486-489.

31. Ambegaokar V. and Baratoff A. Errata // Phys. Rev. Lett.- 1963a.- V.ll, No.2.-P.104.

32. Antognazza L., Char K., Geballe T.H. High-Tc edge junctions with Yo.8Pro.2Ba2Cu2.7Coo.307.5 barrier layers near the metal-insulator transition // Appl. Phys. Lett.- 1997.- V.70, No.23.- P.3152-3154.

33. YBa2Cu306.9 single crystals measured at 20 K // Phys. Rev. B.- 1989.- V.40, No.4.- P.2268-2277.

34. Barone A. and Paterno G. 1982 Physics and Applications of the Josephson Effect. New York: Wiley.

35. Barner J.B., Hunt B.D., Foote M.C., Pike W.T., and Vasques R.P. YBa2Cu307.5-based, edge-geometry SNS Josephson junctions with low-resistivity PrBa2Cu307.5 barriers // Physica C.- 1993.- V.207.- P.381-390.

36. Bick M., Leslie K.E., Binks R.A., Tilbrook D.L., Lam S.K.H., Gnanarajan R., Du J., and Foley C.P. Axial high-temperature superconducting gradiometer with a flexible flux transformer // Appl. Phys. Lett.- 2004.- V.84, No.26.- P.5347-5349.

37. Blank D. H. A., Rogalla H. The effect of ion milling on the morphology of ramptype Josephson junctions // J. Mater. Res.- 1997.- V.12, No.l 1.- P.2952-2957.

38. Bode M., Grove M., Siegel M., Braginski A.I. Superconductor-normal-superconductor step-edge junctions with Au barriers // J. Appl. Phys.- 1996.-V.80, No.l 1.- P.6378-6384.

39. Booij W. E., Pauza A.J., Tarte E.J., Moore D.F., Blamire M.G. Proximity coupling in high-Tc Josephson junctions produced by focused electron beam irradiation // Phys. Rev. B.- 1997.- V.55, No.21.- P.14600-14609.

40. Bondarenko S.I. Ferromagnetic fluxgate for measurement of weak magnetic field structure with use of HTSC-SQUID // Proceedings of ICEC 16/ICMC.- 1996.-Part 2,- P.l 177-1180.

41. Bondarenko S.I. Shablo A.A. High-Tc SQUIDs with a ferromagnetic antenna for a magnetic microscope // Non-linear electromagnetic systems.- Kose V., Sievert J., editors. Amsterdam: 105 Press.- 1998,- P.91-104.

42. Brinkman W.F., Dynes R.C., and Rowell J.M. Tunneling conductance of asymmetrical barriers//J. Appl. Phys.- 1970.- V.41, No.5.- P. 1915-1921.

43. Braginski A.I. High Temperature Josephson Devices // Physica C.- 1991.- V.185-189.- P.391-400.

44. Button T.W., Alford N. McN., Wellhofer F., Shields T.C., Abell J.S., and Day M. The processing and properties of high Tc thick films // IEEE Trans. Magn.1991.- V.27, No.2.- P.1434-1437.

45. Cantor R., Lee L.P., Teepe M., Vinetskiy V., and Longo J. Low-noise single-layer YBa2Cu307 DC-SQUID magnetometers at 77 K // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 1995.- V.5, No.2.- P. 2927-2930.

46. Carmody M., Marks L.D., Merkle K. L. Current transport along grain boundaries in d-wave superconductors // Physica C.- 2002.- V.370, No.4.- P.228-238.

47. Chatraphorn S., Fleet E.F., and Wellstood F.C. Relationship between spatial resolution and noise in scanning superconducting quantum interference device microscopy // Journal of Applied Physics.- 2002.- V.92, No.8.- P.4731-4740.

48. Chaudhari P., Mannhart J., Dimos D., Tsuei C.C., Chi J., Oprysko M.M., and

49. Scheuermann M. Direct measurement of the superconducting properties of single grain boundaries in YBa2Cu307.8 // Phys. Rev. Lett.- 1988.- V.60, No. 16.- P.1653-1656.

50. Christen D.K., Klabunde C.E., Tompson J.R., Kerchner H.R., Sekula S.T., Feenstra R., and Budai J.D. Transport critical currents in epitaxial Y,Ba2Cu307 x thin films // Physica C.- 1989.- V. 162-164, No.l.- P.653-654.

51. Clarke J. Supercurrents in lead-copper-lead sandwiches // Proc. Roy. Soc A.1969.- V.308.- P.447-471.

52. Clarke J. and Braginski A.I., SQUID Handbook, 2004 WILEY-VCH Verlag

53. Andreone A., Pepe G.P., Cristiano R., and Masullo G.- IoP Publishing Ltd.

54. Bristol (UK).- 2004.- ISBN: 0-7503-0981 4.- P.93-100.

55. Constantinian K.Y., Ovsyannikov G.A., Mashtakov A.D., Ramos J., Ivanov Z.G., Mygind J., Pedersen N.F. Microwave dynamics of YBCO bi-epitaxial Josephson structures // Physica C.- 1996.- V.273, No. 1-2.- P.21-29.

56. Christen D.K., Klabunde C.E., Tompson J.R., Kerchner H.R., Sekula S.T., Feenstra R., and Budai J.D. Transport critical currents in epitaxial Y,Ba2Cu307.x thin films // Physica C.- 1989.- V. 162-164, No.l.- P.653-654.

57. Cucolo A.M. Zero bias conductance peaks in high-Tc superconductors: clues andambiguities of two mutually excluding models // Physica C.- 1998.- V.305, No. 1-2.- P.85-94.

58. Daibo M., Shikoda A., Yoshizawa M. Non-contact evaluation of semiconductors using a laser SQUID microscope // Physica C.- 2002.- V.372-376, No.l.-P.263-266.

59. Dam B., Koeman N.J., Rector J.H., Stäuble-Pümpin B., Poppe U., Griessen R. Growth and etching phenomena observed by STM/AFM on pulsed-laser deposited Y1Ba2Cu307-8 films // Physica C.- 1996.- V.261, No. 1-2.- P. 1-11.

60. Dam B., Rector J.H., Huijbregtse J.M., Griessen R. The transition from 2D-nucleation to spiral growth in pulsed laser deposited YBa2Cu307s films //• Physica C.- 1998.- V.305, No.1-2.- P.l-10.

61. Dantsker E., Tanaka S., and Clarke J. High-Tc superconducting quantum interference devices with slots or holes: Low 1/ f noise in ambient magnetic fields // Appl. Phys. Lett.- 1997.- V.70, No. 15.- P.2037-2039.

62. Dantsker E., Froehlich O. M., Tanaka S., Kouznetsov K., Clarke J., Lu Z.,

63. Matijasevic V., and Char K. High- Tc superconducting gradiometer with a long baseline asymmetric flux transformer // Appl. Phys. Lett.- 1997a.- V.71, No.12.- P.1712-1714.

64. Rogalla H., and Blank D.H.A. Monocrystalline YBa2Cu307.x thin films on vicinal SrTi03 001. substrates // Appl. Phys. Lett.- 2003.- V.83, No.25.-P.5199-5201.

65. Drung D. The PTB 83-SQUID System for Biomagnetic Applications in a Clinic // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 1995a.- V.5, No.2, Part 3.-P.2112-2117.

66. Drung D., Ludwig F., Müller W., Steinhoff U., Trahms L., Koch H., Shen Y.Q., Jensen M. B., Vase P., Hoist T., Freltoft T., and Curio G. Integrated

67. YBa2Cu307.x magnetometer for biomagnetic measurements // Appl. Phys. Lett.-1996.- V.68, No.10.- P.1421-1423.

68. Drung D., Bechstein S., Franke K.-P., Scheiner M., and Schurig Th. Improved direct-coupled de SQUID read-out electronics with automatic bias voltage tuning // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 2001.- V.ll, No.l.- P.880-883.

69. Drung D. High-Tc and low-Tc dc SQUID electronics // Supercond. Sei. Technol.-2003.-V.16.-P.1320-1336.

70. Du J., Lam S.K.H., Tilbrook D.L. and Foley C.P. Trimming of step-edge junctionsfor improvement of SQUID performance // Supercond. Sei. Technol.- 2002.-V.15.- P.165-169.

71. Enpuku K., Shimomura Y., and Kisu T. Effect of thermal noise on the characteristics of a high Tc superconducting quantum interference device // J. Appl. Phys.- 1993.- V.73, No.l 1.- P.7929-7934.

72. Enpuku K., Minotani T., Shiraishi F., Kandori A., and Kawakami S. High-Tc dc SQUID Utilizing Bicrystal Junctions with 30 Degree Misorientation Angle // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 1999.- V.9, No.2.- P3109• 3112.

73. Fagaly R.L. SQUID Instrumentation and Applications // Superconductor Industry.-Winter 1989.- P.24-30.

74. Fagaly R.L. Superconducting sensors: instruments and applications // Sensors (ISSN: 07469462).- 1996.- V.13, No.10.- P.18-27.

75. Feenstra R., Lindemer T.B., Budai J.D., and Galloway M.D. Effect of oxygen pressure on the synthesis of YBa2Cu307.x thin films by post-depositionannealing // J. Appl. Phys.- 1991.- V.69, No.9.- P. 6569-6585.

76. Ferrari M.J., Kingston J.J., Wellstood F.C., and Clarke J. Flux noise from superconducting YBa2Cu307.x flux transformers // Appt. Phys. Lett.- 1991.• V.58,No.lO.-P.l 106-1108.

77. Fleet E.F., Chatraphorn S., Wellstood F. C., Knauss L. A., Green S. M. Closed-cycle refrigerator-cooled scanning SQUID microscope for room-temperature samples // Review of Scientific Instruments.- 2001.- V.72, No.8.- P.3281-3290.

78. Fujimoto E., Sato H., Yamada T., Akoh H. All YBa2Cu3075 trilayer junctions with YBa2Cu307-5 wiring layers // Appl. Phys. Lett.- 2002.- V.80, No.21.- P.3985-3987.

79. Gausepohl S.C., Lee M., Antognazza L., and Char K. Magnetoresistance probe of spatial current variations in high-Tc YBa2Cu307-SrRu03-YBa2Cu307 Josephsonjunctions// Appl. Phys. Lett.- 1995.- V.67, No.9.- P.1313-1315.

80. Goldschmidt D. and Eckstein Y. The non-linear resistivity in fully oxygenated YBa2Cu307.x: Frenkel disorder of chain oxygens // Physica C.- 1992.- V.200.-P.99-104.

81. Gorter C. J. and Casimir H. B. G. The thermodynamics of the superconducting state // Z. Physik.- 1934.- V.15.- P.539-542.

82. Greenberg Ya.S. Theory of the Voltage-Current Characteristic of High Tc DC

83. Gudoshnikov S.A., Liubimov B.Ya., Matveets L.V., Mikhalenko A.P., Deryuzhkina Yu.V., Sitnov Yu.S., Snigirev O.P. Flux guide for high-Tc SQUID microscope with high spatial resolution // Physica C.- 2002.- V.368.- P.66-69.

84. Gudoshnikov S.A., Liubimov B.Ya., Matveets L.V., Snigirev O.P. Maresov A.G., Prokoshin A.F., Borisov V.T., Usov N.A. Study of amorphous ferromagneticmicrowires using a scanning SQUID microscope // Physica C.- 2002.- V.376.-P.271-276.

85. Gurvitch M., Valles J.M., Cucolo A.M., Dynes R.C., Garno J.P., Schneemeyer L. F., Waszczack J. W. Reproducible tunneling data on chemically etched single crystals of YBa2Cu307 // Phys. Rev. Lett.- 1989.- V.63, No.9.- P.1008-1011.

86. Gurvitch M., Washington M.A., and Huggins H.A. High quality refractory Josephson tunnel junctions utilizing thin aluminium layers // Appl. Phys. Lett.-1983.- V.42, No.5.- P.472-474.

87. Gustafsson M., Olsson E., Yi H. R., Winkler D., Claeson T. Grain boundaryevolution of YBa2Cu307.5 in the vicinity of steps on patterned (001) LaA103 substrates // Appl. Phys. Lett.- 1997.- V.70, No.21.- P.2903-2905.

88. Halbritter J. Resonant tunneling in cuprates // Proceedings of the Workshop on HTS Josephson Junctions and 3-Terminal Devices.- 1994.- P.30-36.

89. Herrmann K., Kunkel G., Siegel M., Schubert J., Zander W., Braginski A.I., Jia C.L., Kabius B., Urban K. Correlation of YBa2Cu307 step-edge junctioncharacteristics with microstructure // J. Appl. Phys.- 1995.- V.78, No.2.-P.l 131-1139.

90. Herrmann K., Pauza A.J., Baudenbacher F., Santiso J.S., Moore D.F. Electromigration effects in e-beam junctions // Physica C.- 1997,- V.274, No.3-4.-P.309-316.

91. Hilgenkamp H. and Mannhart J. Grain boundaries in high-Tc superconductors //

92. Cryocooler for Eddy Current Nondestructive Evaluation of Aircraft Structures // IEEE Transactions on Appl. Supercond.- 1997.- V.7, No.2.- P.2860-2865.

93. Hohmann R., Lomparski D., Krause H.-J., Kreutzbruck M., and Hecker W., Aircraft wheel testing with remote eddy current technique using a HTS SQUID magnetometer // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 2001.• V. 11, No. 1.-P. 1279-1282.

94. Hollkott J., Barth R., Auge J., Spangenberg B., Roskos H.G., and Kurz H. Improved dry-etching process with amorphous carbon masks for fabrication of high-Tc submicron structures // Inst. Phys. Conf.- 1995.- V.148.- P.831-834.

95. Huang Y., Merkle K. L., Moeckly B. H., Char K. The effect of microstructure on the electrical properties of YBCO interface-engineered Josephson junctions // Physica C.- 1999.- V.314, No. 1-2.- P.36-42.

96. Humphreys R.G. Vortices in HTS Junctions and SQUIDs // IEEE Transactions on

97. Jia C.L., Faley M.I., Poppe U., and Urban K. Effect of chemical and ion-beam etching on the atomic structure of interfaces in YBa2Cu307/PrBa2Cu307 Josephson junctions // Appl.Phys.Lett.- 1995.- V.67, No.24.- P.3635-3637.

98. Jaycox J.M., and Ketchen M. B. Planar coupling scheme for ultra low noise dc SQUIDs // IEEE Transactions on Magnetics.- 1981.- V. MAG-17, No. 1.-P.400-403.

99. Jungbluth B. Simulationen und Experimente zur Optimierung eines hochpermeablen Magnetfeldleiters für den Einsatz in einem SQUID-Mikroskop // Diplomarbeit in Physik, Jülich.- 2000.

100. Kabasawa U., Tarutani Y., Okamoto M., Fukazawa T., Tsukamoto A., Hiratani M., and Takagi K. Size effect on variable-range-hopping transport in PrBa2Cu307.x // Phys.Rev.Lett.- 1993.- V.70, No.l 1.- P.1700-1703.

101. Kasai N., Sasaki K., Kiryu S., and Suzuki Y. Thermal magnetic noise of dewars for biomagnetic measurements // Cryogenics.- 1993.- V.33.- P. 175-179.

102. Katoh Y., Tanabe K., Asano H., and Michikami O. Fabrication of high-Tc oxide superconductor tunnel junctions // Jpn. J. Appl. Phys.- 1987.- V. 26,- P. LI 777-L1779.

103. Kawasaki M., Chaudhari P., Gupta A. 1/f noise in YBa2Cu307-s superconducting bicrystal grain-boundary junctions // Phys. Rev. Lett.- 1992.- V.68, No.7.-P.1065-1068.

104. Katz A.S., Sun A.G., Woods S.I., Dynes R.C. Planar thin film YBa2Cu307^ Josephson junctions via nanolithography and ion damage // Appl. Phys. Lett.-1998.- V.72, No. 16.- P.2032-2034.

105. Keene M.N., Goodyear S.W., Satchell J.S., Edwards J.A., Chew N.G., and Humphreys R.G. Thin film HTc SQUID construction and characterization // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 1993.- V.3, No.l.- P.2430-2433.

106. Keene M.N., Goodyear S.W., Chew N.G., Humphreys R.G., Satchell J.S., Edwards J.A., and Lander K. Low-noise YBa2Cu307 PrBa2Cu307 multiturn flux transformers // Appl. Phys. Lett.- 1994.- V. 64, No.3.- P.366-368.

107. Keene M.N., Exon N.J., Humphreys R.G., and Chew N.G. The influence of ambient magnetic environments on high-Tc superconducting quantuminterference device gradiometers // J. Appl. Phys.- 1996.- V.79, No. 11.- P.8783-8791.

108. Ketchen M. B., and Jaycox J. M. Ultra-low-noise tunnel junction dc-SQUID with a tightly coupled input coil // Appl. Phys. Lett.- 1982.- V. 40, No.8.- P. 736-738.

109. Ketchen M. B. Integrated thin-film dc-SQUID sensors // IEEE Trans. Magn.-1986.- V. MAG-23, No. 2.- P. 1650-1657.

110. Kim Y.H., Kang J. H., Lee J. M., Hahn T. S., Choi S. S., Park S. J. Operation of high-Tc SFQ devices at near liquid nitrogen temperature // Physica C.- 1997.-V.280, No.4.- P.304-310.

111. YBCO Film Deposition on Very Large Areas Up to 20 x 20 cm2 // Physica C.-1997.- V. 282-287, P. 107-110.

112. Kirtley J.R., Tsuei C.C., Sun J.Z., Chi C.C., Yu-Jahnes L.-S., Gupta A., Rupp M., Ketchen M.B. Symmetry of the order parameter in the high-Tc superconductor YBa2Cu307-5 // Nature.- 1995.- V.373, No.6511.- P.225-228.

113. Kirtley J.R. SQUID microscopy for fundamental studies // Physica C.- 2002.-V.368.- P.55-65.

114. Klie R.F., Buban J.P., Varela M., Franceschetti A., Jooss C., Zhu Y., Browning N. D., Pantelides S. T., and Pennycook S. J. Enhanced current transport at grain boundaries in high-Tc superconductors // Nature.- 2005.-V.435.- P.475-478.

115. Koelle D., Miklich A. H., Dantsker E., Ludwig F., Nemeth D. T., Clarke J., Ruby

116. W., and Char K. High performance dc SQUID magnetometers with single layerflux transformers // Appl. Phys. Lett.- 1993.- V.63, No.26.- P.3630-3632.

117. Koelle D., Kleiner R., Ludwig F., Dantsker E., and Clarke J. High-transition-temperature superconducting quantum interference devices // Reviews of Modern Physics.- 1999.- V.71, No.3.- P.631-686.

118. Koch R.H., Clarke J., Goubau W.M., Martinis J.M., Pegrum C.M., and Van Harlingen D.J. Flicker (1/f) noise in tunnel junction dc SQUIDs // J. Low Temp. Phys.- 1983.- V.51, No. 1/2,- P.207-224.

119. Koch R.H., Eidelloth W., Oh B., Robertazzi R.P., Andrek S.A., and Gallagher W.J.1.entifying the source of 1/f noise in SQUIDs made from high-temperature superconductors // Appt. Phys. Lett.- 1992.- V. 60, No.4.- P. 507-509.

120. Koch R.H., Rozen J.R., Sun J.Z., and Gallagher W.J. Three SQUID gradiometer // Appl. Phys. Lett.- 1993.- V.63, N.3.- P.403-405.

121. Koch R. H., Foglietti V., Rozen J. R., Stawiasz K. G., Ketchen M. B., Lathrop D. K., Sun J. Z., and Gallagher W. L. Effects of radio frequency radiation on the dc SQUID // Appl. Phys. Lett.- 1994.- V.65, N.I.- P. 100-102.

122. Koch R.H., Rozen J. R., Wöltgens P., Picunko T., Goss W. J., Gambrel D., Lathrop D., Wiegert R., and Overway D. High performance superconductingquantum interference device feedback electronics // Rev. Sei. Instrum.- 1996.-V.67, No.8.- P.2968-2976

123. Kominis I.K., Kornack T.W., Allred J.C., and Romalis M.V. A subfemtotesla multichannel atomic magnetometer // Nature.- 2003.- V.422.- P.596-599.

124. Komissinski P.V., Högberg B., Tzalenchuk A.Ya., Ivanov Z. Submicron YBa2Cu30x ramp Josephson junctions // Appl. Phys. Lett.- 2002.- V.80, No.6.-P. 1022-1024.

125. Kouznetsov K.A., Sun A.G., Chen B., Katz A.S., Bahcall S.R., Clarke J.,

126. Kouznetsov K.A., Borgmann J., and Clarke J. High-Tc second-order gradiometer for magnetocardiography in an unshielded environment // Appl. Phys. Lett.-1999.- V.75, No.13.- P.1979-1981.

127. Krause H. -J., Wolf W., Glaas W., Zimmermann E., Faley M. I., Sawade G., Mattheus R., Neudert G., Gampe U., Krieger J. SQUID Array For Magnetic Inspection of Prestressed Concrete Bridges // Physica C: Superconductivity.-2002.- V.368, No. 1-4.- P.91-95.

128. Kupriyanov M.Yu. and Likharev K.K. Towards the quantitative theory of the high-Tc Josephson junctions // IEEE Trans. Magn.- 1991.- V.27.- P.2460-2463.

129. Mannhart J. High-Tc transistors // Supercond. Sei. Technol.- 1996.- V.9.- P.49-67.

130. Mannhart J., Hilgenkamp H., Mayer B., Gerber Ch., Kirtley J. R., Moler K. A., Sigrist M. Generation of magnetic flux by single grain boundaries of YBa2Cu307.x // Phys. Rev. Lett.- 1996a.- V.77, No. 13.- P.2782-2785.

131. Mannhart J., Hilgenkamp H. Wavefunction symmetry and its influence on superconducting devices // Supercond. Sci. Technol.- 1997.- V.10, No. 12.• P.880-883.

132. Mannhart J., Hilgenkamp H. Possible influence of band bending on the normal state properties of grain boundaries in high-Tc superconductors // Materials Science and Engineering B.- 1998.- V.56.- P.77-85.

133. Mannhart J., Chaudhari P. High-Tc Bicrystal Grain Boundaries // Physics Today.-November 2001.- V.54, No.l 1.- P.48.

134. McDaniel E.B., Gausepohl S.C., Li C.-T., Lee M., Hsu J.W.P., Rao R.A., Eom C.B. Influence of SrTi03 bicrystal microstructural defects on YBa2Cu307 grain-^ boundary Josephson junctions // Appl. Phys. Lett.- 1997.- V.70, No. M.1. P.I 882-1884.

135. Miller D.J., Roberts T.A., Kang J.H., Talvacchio J., Buchholz D.B., Chang R.P.H. Meandering grain boundaries in YBa2Cu3Oy bi-crystal thin films // Appl. Phys. Lett.- 1995.- V.66, No.19.- P.2561-2563.

136. Minotani T., Kawakami S., Kiss T., Kuroki Y., Enpuku K. High Performance DC

137. Superconducting Quantum Interference Device Utilizing a Bicrystal Junction with a 30° Misorientation Angle // Jpn. J. Appl. Phys.- 1997.- V.36, No.2, N0.8B.- P.L1092-L1095.

138. Moeckly B. H., Char K. Properties of interface-engineered high Tc Josephson junctions//Appl. Phys. Lett.- 1997.- V.71, No. 17.- P.2526-2528.

139. Morohashi S., Wen J., Enomoto Y., Koshizuka N. High-Tc Josephson Junctions Fabricated Using a Focused Ion Beam Technique // Jpn. J. Appl. Phys.- 1997.-V.36, No.l, No.8.- P.5086-5090.

140. Mros N., Krasnov V. M., Yurgens A., Winkler D., Claeson T. Multiple-valued c-axis critical current and phase locking in Bi2Sr2CaCu20g+5 single crystals //• Phys. Rev. B.- 1998.- V.57, No. 14.- P.R8135-R8138.

141. Navacerrada M.A., Lucía M.L., Sánchez-Soto L.L., Sánchez Quesada F., Sarnelli E. and Testa G. Capacitance of Josephson junctions made on bicrystalline substrates of different geometries // Physical Review B.- 2005.-V.71, No.l.- P.014501-1-014501-6

142. Nicoletti S., Moriceau H., Villegier J.C., Chateigner D., Bourgeaux B., Cabanel C., Laval J.Y. Bi-epitaxial YBCO grain boundary Josephson junctions on SrTi03 and sapphire substrates // Physica C.- 1996,- V.269, No.3-4.- P.255-267.

143. Norton D.P. Science and technology of high-temperature superconducting films //

144. Annu.Rev.Mater.Sci.- 1998.- V.28.- P.299-343.

145. Odagawa A., Sakai M., Adachi H., Setsune K., Hirao T., Yoshida K. Observation of Intrinsic Josephson Junction Properties on (Bi,Pb)SrCaCuO Thin Films // Jpn. J. Appl. Phys.- 1997.- V.36, No.2, No.l A/B .- P.L21-L23.

146. Odagawa A., Sakai M., Adachi H., Setsune K. Characteristics of Intrinsic Josephson Junctions in a Thin Stack on Bi-2223 Thin Films // Jpn. J. Appl. Phys.- 1998.- V.37, No.l No.2.- P.486-491.

147. Oelze B., Ruck B., Sodtke E., Kirichenko A. F., Kupriyanov M. Yu., Prusseit W.• A 3 bit single flux quantum shift register based on high-rc bicrystal Josephson junctions operating at 50 K // Appl. Phys. Lett.- 1997.- V.70, No.5.- P.658-660.

148. Olsson E., Gupta A., Thouless M. D., Segmiilier A., and Clarke D.R. Crack formation in epitaxial 110. thin films of YBa2Cu307.8 and PrBa2Cu307.5 on [110] SrTi03 substrates//Appl. Phys. Lett.- 1991.- V.58, No. 15.- P. 1682-1684.

149. Pauza A.J., Booij W.E., Herrmann K., Moore D.F., Blamire M.G., Rudman D.A., Vale L.R. Electron-beam damaged high-temperature superconductor Josephson junctions // J. Appl. Phys.- 1997.- V.82, No.l 1.- P.5612-5632.

150. Pegrum C. M., Eulenburg A., Romans E. J., Carr C., Millar A. J., and Donaldson G. B. High-temperature single-layer SQUID gradiometers with long baselineand parasitic effective area compensation // Supercond. Sci. Technol.- 1999.-V.12.- P.766-768.

151. Peters M. and de Munck J. On the forward and inverse problem for EEG and MEG // Auditory Evoked Magnetic Fields and Electric Potentials, eds. Grandori F., Hoke M., Romani G.L.- Adv. Audiol. Basel, Karger.- 1990.- P.70-102.

152. Pitzius P., Dworak V., Hartmann U. Ultra-high Resolution Scanning SQUID Microscope // Extended Abstract of the 6th Int. Supercond. Electr. Conf., ISEC'97.-, Berlin, Germany, 1997.- P.395-398.

153. Poppe U., Prieto P., Schubert J., Soltner H., Urban K., Buchal C. Epitaxialmultilayers of YBa2Cu307 and PrBa2Cu307 as a possible basis for superconducting electronic devices // Solid State Communications- 1989.-V.71, No.7.- P. 569-572.

154. Poppe U., Divin Y.Y., Faley M.I., Wu J.S., Jia C.L., Shadrin P., and Urban K.

155. Properties of YBa2Cu307 thin films deposited on substrates and bicrystals with vicinal offcut and realization of high IcRn junctions // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 2001.- V.l 1, No.l.- P.3768-3771.

156. Poppe U., Faley M. I., Breunig I., Speen R., Urban K., Zimmermann E., Glaas W., and Hailing H. HTS dc-SQUID Microscope with soft-magnetic Flux Guide // Superconductor Science and Technology.- 2004.- V.l7, P.S191-S195.

157. Regier M., Keskin E., Halbritter J. Corrosion of superconductors especially of YBa2Cu307.8 // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 1999.- V.9, No.2.- P.2375-2379.

158. Roozenboom F., Bloemen P.J.H., Klaassens W., van de Riet E.G.J., and Donkers J.J.T.M. Soft-magnetic fluxguide materials // Philips J. Res.- 1998.- V.51,1. No.l.- P.59-91.

159. Rosenthal P.A., Beasley M.R., Char K., Colclough M.S., and Zaharchuk G. Flux focusing effects in planar thin-film grain-boundary Josephson junctions // Appl. Phys. Lett.- 1991.- V.59, No.26.- C.3482-3484.

160. Ruck B., Oelze B., Sodtke E. A ring circuit for the determination of dynamic error rates in high-temperature superconductor RSFQ circuits // Superconductor Science and Technology.- 1997.- V.10, No. 12.- P.991-994.

161. Saitoh K., Utagawa T., Enomoto Y. Temperature dependence of a high-Tc single-flux-quantum logic gate up to 50 K // Appl. Phys. Lett.- 1998.- V.72, No.21.• P.2754-2756.

162. Sarnelli E., Testa G. Transport properties of high-temperature grain boundary Josephson junctions // Physica C.- 2002.- V.371, No.l.- P. 10-18.

163. Sarnelli E., Testa G., Crimaldi D., Monaco A. and Navacerrada M.A. A class of high-Tc YBa2Cu307.x grain boundary junctions with high-IcRn products Supercond. Sci. Technol.- 2005.- V.l8,- P.L35-L39.

164. Scharnweber R. and Schilling M. Integrated YBa2Cu307 magnetometer with flux transformer and multiloop pick-up coil // Appl. Phys. Lett.- 1996.- V.69, No.9.-P.1303-1305.

165. Schmidl F., Linzen S., Wunderlich S., Seidel P. High-Tc direct current SQUIDs onsilicon bicrystal substrates operating at 77 K // Appl. Phys. Lett.- 1998.- V.72, No.5.- P.602-604.

166. Schneidewind H., Schmidl F., Linzen S., Seidel P. The possibilities and limitations of ion-beam etching of YBa2Cu307.x thin films and microbridges // Physica C.-1995.- V.250, No. 1-2.- P.191-201.

167. Schultze V., IJsselsteijn R., Chwala A., Oukhanski N., Zakosarenko V. and Meyer H.-G. HTS SQUID gradiometer for application without shielding // Supercond. Sci. Technol.- 2002.- V.15.- P. 120-125.

168. Selders P.; Wordenweber R. Low-frequency noise reduction in YBa2Cu307 superconducting quantum interference devices by antidotes // Appl. Phys. Lett.• 2000.- V.76, No.22.- P.3277-3279.

169. Shen Y.Q., Sun Z.J., Kromann R., Hoist T., Vase P., and Freloft T. Integrated high-Tc superconducting magnetometer with multiturn input coil and grain boundary junctions // Appl. Phys. Lett.- 1995.- V.67, No. 14.- P.2081-2083

170. Shokhor S., Nadgorny B., Gurvitch M., Semenov V., Polyakov Yu., Likharev K., Hou S.Y., Phillips J.M. All-high-Tc superconductor rapid-single-flux-quantum circuit operating at ~ 30 K // Appl. Phys. Lett.- 1995.- V.67, No. 19.- P.2869-2871.

171. Sigrist M. and Rice T.M. On the phenomenology of Superconductivity in cupratematerials // J. Low Temperature Physics.- 1994.- V.95, No. 1/2.- P.389-393.

172. Smilde H.J.H., Hilgenkamp H., Gerritsma G.J., Blank D.H.A., Rogalla H. Realization and properties of ramp-type YBa2Cu307 g/Au/Nb junctions // Physica C.- 2001.- V.350, No.3-4.- P.269-275.

173. Smilde H.J.H., Hilgenkamp H., Rijnders G., Rogalla H., Blank D.H.A. Enhanced transparency ramp-type Josephson contacts through interlayer deposition // Appl. Phys. Lett.- 2002.- V.80, No.24.- P.4579-4581.

174. Smilde H.J.H., Ariando, Blank D.H.A., Gerritsma G.J., Hilgenkamp H., Rogalla H.d-Wave-Induced Josephson Current Counterflow in YBa2Cu307/Nb Zigzag Junctions // Phys. Rev. Lett.- 2002a.- 88, No.5.- P.057004-1-057004-4.

175. Snigirev O.V., Andreev K.E., Tishin A.M., Gudoshnikov S.A., and Bohr J. Magnetic properties of thin Ni films measured by a dc SQUID-based magnetic microscope// Phys. Rev. B.- 1997.- V.55, No.21.- P. 14429-14433.

176. Soutome Y., Fukazawa T., Tsukamoto A., Saitoh K., Takagi K. Fabrication of HTS ramp-edge junctions with surface-modified barriers and a ground plane // Physica C.- 2002.- V.372-376, No.l.- P.143-145.

177. Strong J. On the cleaning of surfaces // Rev. Sci. Instr.- 1935,- V.6.- P.97-98.

178. Suzuki Y., Triscone J.-M., Eom C.B., Beasley M.R., and Geballe T.H. Evidence for long localization length along b axis PrBa2Cu307 in a axis YBa2Cu307/a,b axis PrBa2Cu307 superlattices // Phys. Rev. Lett.- 1994.- V.73, No.2.- P.328-331.

179. Tafuri F., Shokhor S., Nadgorny B., Gurvitch M., Lombardi F., Di Chiara A.

180. Electron beam irradiation of YjBa2Cu307x grain boundary Josephson junctions

181. Appl. Phys. Lett.- 1997.- V.71, No.l.- P.125-127.

182. Tanaka Y., Kashiwaya S. Theory of Josephson effects in anisotropic superconductors // Phys. Rev. B.- 1997.- V.B56, No.2.- P.892-903.

183. Tarte E.J., Wagner G.A., Somekh R.E., Baudenbacher F.J., Berghuis P., Evetts J.E. The capacitance ofbicrystal Josephson junctions deposited on SrTi03 substrates

184. IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 1997.- V.7, No.2.-P.3662-3665.

185. Tesche C.D., and Clarke J. dc SQUID: Noise and Optimisation // J. Low Temp. Phys.- 1977.- V. 29, Nos.3/4.- P.301-331.

186. Tilbrook D.L. The design of a new concept HTSC axial gradiometer // Physica C.-2004.- V.407, No. 1-2.- P. 1-9.

187. Tinchev S.S. 'Interface-engineered' high-Tc Josephson junctions: a possible ^ mechanism of operation // Supercond. Sci. Technol.- 1999.- V. 12.- P.L5-L7.

188. Tolpygo S.K., Gurvitch M. Critical currents and Josephson penetration depth in planar thin-film high-Tc Josephson junctions // Appl. Phys. Lett.- 1996.- V.69, No.25.- P.3914-3916.

189. Tomita M., Nagashima K., Muratami M., and Herai T. Resin-impregnated bulk YBCO current leads for Maglev // Physica C.- 2002.- V.357-360.- P.832-836.

190. Tsuei, C.C., Kirtley J.R., Ren Z.F., Wang J.H., Raffy H., and Li Z.Z. Pure dx2.y2 order-parameter symmetry in the tetragonal superconductor Tl2Ba2Cu06+s // Nature (London).- 1997.- V.387, No 6632.- P.481-483.

191. Varpula T. and Poutanen T. Magnetic field fluctuations arising from thermal motion of electric charge in conductors // J. Appl. Phys.- 1984.- V.55, No. 11.-P.4015-4021.

192. Vasquez R. P., Foote M. C., and Hunt B. D. Nonaqueous chemical depth profiling of YBa2Cu307.x//Appl. Phys. Lett.- 1989.- V. 54, No. 11.- P.1060-1062.

193. Blank D.H. A., Rogalla H. Ga segregation in DyBa2Cu307-s/PrBa2Cu3-xGax07s /DyBa2Cu3075 ramp-type Josephson junctions // Appl. Phys. Lett.- 1997.-V.70, No.9.- P.l 167-1169.

194. Verbist K., Lebedev O. I., Verhoeven M.A.J., Wichern R., Rijnders A.J.H.M., Blank D.H.A., Tafuri F., Bender H., Van Tendeloo G. Microstructure of

195. YBa2Cu307-s Josephson junctions in relation to their properties // Supercond. Sci. Technol.- 1998,- V.ll.-P.13-20.

196. Vitale S., Prodi G.A., Cerdonio M. Thermal magnetic noise in rf SQUIDs coupled to ferromagnetic cores // J. Appl. Phys.- 1989.- V.65, No.5.- P.2130-2136.

197. Vodel W. and Makiniemi An ultra low noise DC SQUID system for biomagnetic research // Meas. Sci. Technol.- 1992.- V.3.- P. 1155-1160.

198. Volkov I.A., Kalabukhov A.S., Snigirev O.V., and Zherikhin A.N. Carbon masks for patterning of YBa2Cu30x submicron Josephson junctions // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 2001.- V.l 1, No.l.- P.292-865.

199. Volkov I.A., Chuharkin M.L., Snigirev O.V., and Ranchinski M.L. YBa2Cu3Ox submicron Josephson junctions on bicrystal substrates // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 2003.- V.13, No.2.- P.861-864.

200. Vrba J. and Robinson S.E. SQUID sensor array configurations for magnetoencephalography applications // Supercond. Sci. Technol.- 2002,-V.15.- P.R51-R89.

201. Vu L.N. and Van Harlingen D.J. Design and implementation of a scanning SQUID microscope // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 1993.- V.3, No.l.- P.1918-1921.

202. Vystavkin A.N., Gubankov V.N., Kuzmin L.S., Likharev K.K., Migulin V.V., Semenov V.K. S-c-S junctions as nonlinear elements of microwave receiving devices // Revue de Physique Appliquée- 1974.- V.9.- P.79-109.

203. Wang H.B., Wu P.H., Chen J., Maeda K., Yamashita T. Three-dimensional arrays of BiSrCaCuO-2212 intrinsic Josephson junctions and zero-crossing Shapiro steps at 760 GHz // Appl. Phys. Lett.- 2002.- V.80, No.9.- P. 1604-1606.

204. Watanabe T., Watanabe S., Ikeda T., Kase M., Sasaki Y., Kawaguchi T., and Katayama T. A prototype of a highly sensitive cryogenic current comparator with a HTS SQUID and HTS magnetic shield // Supercond. Sci. Technol.-2004.-V. 17.- P.S450-S455.

205. Wellstood F.C., Kingston J.J., Ferrari M.J., and Clarke J. Thin-film flux transformers of YBa2Cu307.x // IEEE Transactions on Magnetics.- 1991.- V.27, No.2.- 2569-2572.

206. Wellstood F.C., Kingston J.J., and Clarke J. Thin-film multilayer interconnect technology for YBa2Cu307.x // J. Appl. Phys.- 1994,- V.75, No.2.- P.683-702.

207. Winkler D., Zhang Y.M., Nilsson P.A., Stepantsov E.A., and Claeson T. Electromagnetic properties at the grain boundary interface of a YBa2Cu3075 bicrystal Josephson junction // Phys. Rev. Lett. 1994.- V.72, No.8.- P. 12601263.

208. Wordenweber R. Mechanism of vortex motion in high-temperature superconductors // Rep. Prog. Phys.- 1999.- V.62, No.2.- P. 187-236.

209. Wordenweber R., Lahl, P., Selders P. Vortex matter in active and passive superconducting devices //J. Low Temp. Phys.- 2003.- V.130.- P.435-447.

210. Wunderlich S., Schmidl F., Dorrer L., Schneidewind H., Seidel P. Improvement of sensor performance of high-Tc thin film planar SQUID gradiometers by ion beam etching // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 1999.- V.9, No.l.- P.71-76.

211. Wu M. K., Ashburn J. R., Torng C. J., Hor P. H., Meng R. L., Gao L., Huang Z. J., Wang Y. Q., and Chu C. W. Superconductivity at 93 K in a new mixed phase Y-Ba-Cu-0 compound system at ambient pressure // Phys. Rev. Lett.- 1987.-V.58, No.9. P.908-910.

212. Utz B., Semerad R., Bauer M., Prusseit W., Berberich P., and Kinder H. Deposition of YBCO and NBCO films on areas of 9 inch in diameter // IEEE Transactions on Applied Superconductivity.- 1997.- V.7, No.2.- P. 1272-1277.

213. Yeadon M., Aindow M., Wellhofer F., and Abell J.S. Topographical development and misfit relief in laser-ablated heteroepitaxial YBa2Cu307.5 thin films // Journal of Crystal Growth.- 1997.- V.172.- P.145-155.

214. Yurgens A., Winkler D., Claeson T., Zavaritsky N.V. In situ controlled fabrication of stacks of high-Tc intrinsic Josephson junctions // Appl. Phys. Lett.- 1997.-V.70, No.13.- P. 1760-1762.

215. Zaitsev A.V. Quasiclassical equations of the theory of superconductivity for contiguous metals and the properties of constricted microcontacts // Sov. Phys. JETP.- 1984.- V.59, No.5.- P.1015-1024.

216. Zeldov E., Clem J.R., Mcelfresh M., and Darwin M. Magnetization and transport currents in thin superconducting films // Phys. Rev. B.- 1994.- V.49, No. 14.-P.9802-9822.

217. Zhao R. and Myhra S. Environmental degradation of YBa2Cu307.x. A descriptive and predictive model // Physica C.- 1994.- V.230, No. 1-2.- P.75-81.

218. Zhang W. Identifying the superconducting pairing state of high-Tc oxides by Josephson effect // Physical Review B.- 1995.- V.52, No.5.- P.3772-3775.

219. Zhang X.-F., Todt V.R., Miller D.J. From meandering to straight grain boundaries: Improving the structures of artificially-induced grain boundaries in superconducting YBa2Cu3Oy bicrystals // J. Mater. Res.- 1997a.- V.12, No.l 1.-P.3029-3035.

220. Zhao R. and Myhra S. Environmental degradation of YBa2Cu307 x A descriptive and predictive model // Physica C.- 1994.- V.230, No. 1-2.- P.75-81.

221. Zimmerman J.E. and Mercereau J.E. Quantized Flux Pinning in Superconducting Niobium // Phys. Rev. Lett.- 1964.- V. 13, No.4.- P. 125-126.

222. Zimmerman J.E. Sensitivity enhancement of superconducting quantum interference devices through the use of fractional-turn loops // J. Appl. Phys.-1971,- V.42, No. 11.- P.4483-4487.