Новости науки 07.12.01. Магнитные микроскопы на основе сверхпроводящих квантовых интерферометров.

Сквиды (сверхпроводящие квантовые интерферометры) - приборы, принцип работы которых основан на эффекте Джозефсона, - это сверхчувствительные магнитометры. Чувствительность сквидов к слабым магнитным полям в широком диапазоне частот можно использовать в сканирующих магнитных микроскопах, которые позволяют с высоким пространственным разрешением регистрировать магнитные поля, генерируемые вихревыми токами, токами утечки в интегральных схемах или магнитотактильными бактериями. В настоящее время уже созданы коммерческие версии таких магнитных микроскопов.

Чувствительный элемент сквида представляет собой кольцо из сверхпроводящего материала, содержащее один или два джозефсоновских контакта. Возможность регистрации магнитных полей подобным устройством основана на том факте, что ток, текущий в кольце, зависит от магнитного потока через этот замкнутый контур. Первые сверхпроводящие магнитометры были созданы уже через несколько лет после открытия эффекта Джозефсона, в настоящее время предельная чувствительность сквидов превышает 10^-14 Тл/Гц^1/2.

В магнитном микроскопе образец сканируется близко расположенным сквидом, в то время как компьютер регистрирует сигнал со сквида в зависимости от его положения по отношению к образцу. Первые варианты магнитных микроскопов использовали сквиды на базе традиционных, низкотемпературных, сверхпроводников. Они работали при температуре жидкого гелия и предназначались для исследования образцов, также находящихся при низкой температуре. Необходимость поддерживать сквид при гелиевой температуре сдерживала широкое применение сквид-микроскопов. Пользователи таких микроскопов испытывали значительные трудности со совмещением и позиционированием сквида относительно образца, а также при загрузке и перезагрузке образцов. Замена низкотемпературного сквида на сквид на базе высокотемпературных сверхпроводников, сделавшая возможной работу устройства при азотных температурах, значительно расширила круг исследований и стимулировала коммерческие применения сквидов.

Еще один шаг к коммерческому применению сквид-микроскопов был сделан, когда появились варианты этих устройств, в которых образец может находиться при комнатной температуре. В них вакуумный объем с охлажденным сквидом отделяется от образца тонким окном из немагнитного материала, например, сапфира; достижимое пространственное разрешение - около 10 мкм. Наиболее совершенным устройством подобного рода на основе высокотемпературного сквида является американский магнитный микроскоп CryoTiger. Сквид постоянного тока изготовлен из YBaCuO, его площадь - 1.2 х 10^-9 м², полевая чувствительность - 17.5 пТл/Гц^1/2. Сканирующая система позволяет перемещать сквид относительно исследуемого образца со скоростью 0.5 - 1 мм/с на площади сканирования 5 х 5 мм². Достоинствами микроскопа являются малые размеры, удачная конструкция и большой срок службы (500 тысяч часов). Данный микроскоп хорошо показал себя при исследовании вихревых токов в металлических слоях, закороток между контактными выводами в сборке интегральной схемы в корпусе, однородности намагниченности пленок магнитных материалов и т.д. Сейчас фирма Neocera Inc. выпускает на рынок его коммерческую версию. Стоит заметить, что и в России разработана собственная версия сквид-микроскопа.

перейти к началу страницы