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version initiale 2002
dernière mise à jour
22 mars 2013


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Mesure des Champs Magnétiques

cinquième partie (5/5) : Squids

un effet supraconducteur
2 jonctions et un anneau
un schéma élaboré
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Jonction Josephson et magnétisme

B.D. Josephson a imaginé, dès 1962, qu'un supracourant pouvait intervenir entre deux supraconducteurs séparés par une fine couche isolante, et depuis l'on a montré que l'amplitude de ce courant était affectée par un champ magnétique. Ainsi la jonction Josephson est-elle devenue la structure de base du magnétomètre à SQUID.


La figure représente une telle jonction dans laquelle à 4.2K un courant supraconducteur Ic (dit courant critique) traverse la jonction d'alumine avec une chute de tension de 0V dans la jonction. L'amplitude de ce courant est une fonction périodique du flux magnétique dans la jonction.


le SQUID

Les magnétomètres à SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) sont parmi les dispositifs les plus sensibles pour la mesure des champs magnétiques, en fait ils ne permettent pas de mesurer un champ mais plutôt sa variation. Les gradiomètres vont mesurer la variation spatiale d'un champ magnétique aussi faible que ceux générés par le corps humain.


Un magnétomètre à SQUID en continu utilise 2 jonctions Josephson insérées dans un tore tel celui figuré ci-dessus. Quand le flux a traversant le tore est un multiple de 0 la tension entre les deux jonctions est déterminée par et de la courbe no (point A). Si le flux s'accroit alors le courant critique décroit et le point d'intersection se déplace vers la droite. Le courant critique atteint une valeur minimale quand le flux s'est accru de 0/2, alors la chute de tension est maximale (point B), si le flux continue à croître alors le courant critique croît à nouveau et la tension décroît, etc. Ainsi la période du cycle est 0.


le magnétomètre à SQUID


La figure ci-dessus représente un dispositif complet de magnétomètrie à SQUID. Un champ magnétique produit, via la résistance Rf dans la bobine Fdbk, permet de maintenir le champ dans le SQUID dans un quantum de flux au dessus de sa plage de travail, ce qui permet d'obtenir une plage dynamique de mesure très étendue (Wellstood & al., 1984).

Une large boucle supraconductrice, soumise au champ à mesurer, est directement connectée à un bobinage couplé magnétiquement au SQUID. Tout flux extérieur va générer un courant dans la boucle qui va faire en sorte que le flux global dans la boucle reste constant. La bobinage "signal" va amplifier le flux appliqué au SQUID lequel est maintenu dans les conditions optimales de sensibilité. Un faible champ entre 100 et 500kHz est surajouté, ainsi la sortie du SQUID sera un signal modulé qui sera amplifié puis démodulé. Le signal continu en sortie du démodulateur sera amplifié (V0) mais aussi via la resistance Rf réinjecté dans une bobine couplée au SQUID ce qui permet de générer un champ en opposition à celui à mesurer et donc de maintenir le SQUID dans les conditions optimales de sensibilité.


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