Forskare har utvecklat en ny sensor för att mäta små magnetfält
05.03.2010
Forskningsresultaten från Aalto-universitetets tekniska högskolas lågtemperaturlaboratorium och italienska Scuola Normale Superiore publicerades i tidskriften Nature Physics Internetpublikation den 28 februari.
Fördelarna med den nya mycket känsliga magnetfältssensoren som forskarna har tagit fram är små tryckförluster, ett enkelt mätningssätt och möjlighet till flexibilitet för olika mätningsområden.
Den nya mätningssensoren är nära besläktad med de traditionella SQUID-magnetometrarna (Superconducting Quantum Interference Device) som bl.a. används vid hjärnskanning.
Sensorens kärna utgör en supraledande ögla varav en liten del har ersatts med normalledande metall. Den s.k. närhetseffektens påverkan gör normalmetallen vid kontakt med en supraledare till svagt supraledande.
– Ursprungsidén var att undersöka påverkan från den supraledande närhetseffekten på värmeflödet mellan normalmetallens elektroner och vibrationer. Man observerade dock att konstruktionen även fungerade som en känslig och enkelspårigt flexibel magnetfältssensor, berättar professor Jukka Pekola.
I konstruktionen som getts namnet SQUIPT (Superconducting Quantum Interference Proximity Transistor) förenas tunnlingslänkarnas välkända strömförande egenskaper samt den stora justerbarheten som den supraledande närhetseffekten möjliggör. I kärnans ögla kan man använda olika långa metalltrådar och material som utökar anordningens funktionsområde.
Eftersom mätningarna görs med en mycket liten likström är fenomenets effektförbrukning liten. Den nya sensorkonstruktionen lämpar sig väl för låga temperaturer, varvid brusnivån är mindre och anordningens prestationsförmåga och känslighet god.
Den teoretiska analysen och de första experimenten som utförts med anordningen verkar lovande.
– Finessen med sensoren är dess enkelhet. Anordningen förses med likström, öglan placeras i det yttre magnetfältet och man följer med spänningen som varierar periodvis som en funktion av det yttre magnetfältet. Vi kan med likspänning mäta även mycket små magnetfält, förklarar Pekola.
Experimenten hittills har till största del utförts vid ca en tiondelsgrads avstånd från den absoluta nollpunkten, men när ett lämpligt supraledande material väljs fungerar anordningen även vid den höge temperaturen för flytande helium (ca 4 Kelvin dvs. -269°C) som är viktigt för den praktiska tillämpningen.
Härnäst ska gruppen optimera anordningens parametrar där man tar reda på hur stor mätningskänslighet anordningen klarar och hur små magnetfält den kan uppmäta.
Pekola är försiktig med att i detta skede bedöma givarens möjliga praktiska tillämpning i framtiden.
– Vägen från prototyp till verklig produkt är lång och kan ta flera år. Tillsammans med VTT har vi redan preliminärt diskuterat vidareutvecklingen av sensoren och produktifieringen. I bästa fall kan den ersätta den traditionella SQUID-magnetometern i vissa specialtillämpningar, säger Pekola.
Sensorkonstruktionen har tillverkats i Aalto-universitetets tekniska högskolas och VTT:s gemensamma mikro- och nanoteknikcenter Micronova.
Internetpublikation:
F. Giazotto, J. T. Peltonen, M. Meschke, och J. P. Pekola,
SQUIPT - Superconducting Quantum Interference Proximity Transistor
Mer information:
Professor Jukka Pekola
Aalto-universitetets tekniska högskola,
Lågtemperaturlaboratoriets PICO-grupp, Micronova
tfn 09 470 24913 jukka.pekola [at] tkk [dot] fi
Specialforskare Matthias Meschke
matthias.meschke [at] ltl [dot] tkk [dot] fi
Forskare Joonas Peltonen
joonas.peltonen [at] ltl [dot] tkk [dot] fi
