1 - INTRODUCTION. QUANTIFICATION DU FLUX À TRAVERS UNE BOUCLE SUPRACONDUCTRICE

2 - EFFET JOSEPHSON ; MODÈLE D'UNE JONCTION JOSEPHSON

3 - PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DES SQUID

• 3.1 - SQUID radiofréquence (SQUID rf)
  Figure 4 - Caractéristiques Φ = f (Φa) d'un SQUID rf ; suivant la valeur de βL, le comportement est hystérétique (βL ≥ 1) ou non hystérétique (βL < 1) Figure 5 - Principe d'un magnétomètre à SQUID rf
• 3.2 - SQUID continu (SQUID dc)
  Figure 6 - Variation pour les états de flux statique Φe = nΦ0 et Φe = (n + 1/2) Φ0 de l'amplitude de la tension radiofréquence relevée aux bornes du circuit en fonction du courant radiofréquence Irf ; à courant radiofréquence donné, l'amplitude de Vrf est fonction périodique (de période Φ0) de Φe. L'insert montre la dépendance en flux de cette amplitude en fonction du flux appliqué pour une valeur IB du courant radiofréquence Figure 7 - Principe d'un SQUID continu. Les jonctions Josephson sont représentées par leur modèle RSJ (où l'on suppose C = 0) SL5028010-web

4 - RÉALISATION DE JONCTIONS JOSEPHSON ET DE SQUID : ASPECTS TECHNOLOGIQUES

5 - MISE EN ŒUVRE D'UN SQUID CONTINU

• 5.1 - Couplage du SQUID au milieu extérieur
  Figure 11 - SQUID continu couplé à un transformateur de flux ; M est la mutuelle inductance de couplage du secondaire du transformateur de flux au SQUID Figure 12 - Magnétomètre à SQUID continu couplé à un transformateur de flux dont le bobinage primaire forme un gradiomètre du 1er ordre (a) ou un gradiomètre du 2e ordre (b) Figure 13 - Vue cavalière d'un SQUID continu associé, par utilisation d'un procédé multicouche, à une inductance d'injection multitours. L'inductance Lm sert à appliquer le flux de modulation nécessaire pour la mise en œuvre des techniques de réduction de bruit Figure 14 - SQUID dc avec concentrateur de flux Figure 15 - SQUID dc à couplage direct. L'inductance de capture est notée Lc, l'inductance de la boucle du SQUID, L
• 5.2 - Réduction des bruits excédentaires à basse fréquence
  Figure 16 - SQUID dc à boucles multiples. Chacune des 8 boucles est connectée en parallèle via deux prises de contact réalisées dans 2 couches supraconductrices séparées par un isolant (le cercle bleu matérialise la couche supraconductrice inférieure)
• 5.3 - Couplage du SQUID au système d'amplification
  Figure 17 - Application d'un flux auxiliaire périodique de fréquence f0 par l'inductance Lm. L'amplitude Φm est très petite comparée à Φ0. Cette procédure permet de réduire la contribution en bruit en 1/f du SQUID, d'éliminer la contribution en bruit en 1/f du préamplificateur et d'assurer une meilleure adaptation en bruit du SQUID au préamplificateur Figure 18 - Circuits d'adaptation en bruit du SQUID à un préamplificateur. L'adaptation par transformateur à large bande (a) est comparée à l'adaptation par circuit LC (b) qui est sélective Figure 19 - Circuit de contre-réaction locale appliquée à un SQUID continu. Ce système permet d'augmenter de façon importante le facteur de transfert de flux-tension. Le bruit thermique de la résistance rf est négligeable comparé au bruit propre du SQUID

6 - APPLICATIONS MÉTROLOGIQUES DES SQUID

• 6.1 - Préamplificateurs et picovoltmètres
  Figure 20 - Schéma de principe (a) et modèle équivalent en bruit (b) d'un SQUID continu utilisé comme amplificateur de tension Figure 21 - Schéma de principe d'un picovoltmètre à base de SQUID continu Figure 22 - Schéma de principe d'un comparateur cryogénique de courant. En insert, la circulation du courant supraconducteur est illustrée à l'une des extrémités du cylindre Figure 23 - Calorimètre couplé à la référence isotherme par un lien de conductance thermique G
• 6.2 - Magnétométrie locale
  Figure 24 - Vue supérieure d'un système multicouche utilisé pour la susceptométrie ou la résonance magnétique nucléaire de microéchantillons. La boucle du SQUID est formée de deux spires assemblées en gradiomètre. Un deuxième circuit (en traits pointillés) est utilisé pour appliquer un champ à l'échantillon sans perturber la symétrie du système (le courant est appliqué entre les points 2 et 1-3 (1 et 3 court-circuités)
• 6.3 - Magnétométrie en espace libre
  Figure 25 - Cartographie de flux magnétique par SQUID. L'échantillon à étudier est déplacé parallèlement au plan du SQUID. Un bobinage auxiliaire (galvanométrie) ou de polarisation (mesure d'aimantation) permet d'exciter l'échantillon dont la réponse est mesurée par une structure de type gradiomètre planaire

7 - CONCLUSION