Kurzfassung
Es wurden Magnetometer, basierend auf supraleitenden Quanteninterferometern (SQUIDs),
aus dem Hochtemperatur-Supraleiter YBa2Cu3O7-d auf Bikristall-Substraten hergestellt und
bezüglich ihrer Eigenschaften in magnetischen Störfeldern untersucht.
Zunächst wurden die wesentlichen Parameter aller 46 im Rahmen dieser Arbeit vermessenen
Magnetometer im Hinblick auf deren Streuung ausgewertet. Die Qualität der Bikristall-Substrate
scheint dabei einen wesentlichen Einfluss auf die Magnetometereigenschaften zu haben.
Desweiteren lassen sich aus den Ergebnissen Rückschlüsse auf Vor- und Nachteile der
verwendeten Magnetometerstrukturen (Bauformen) ziehen.
Um ein Eindringen von Flussschläuchen in die supraleitende Schicht beim Abkühlen in
statischen Magnetfeldern zu verhindern, wurden sämtliche supraleitenden Strukturen mit
5 x 5 µm2 großen Löchern versehen, was die maximale Strukturbreite auf 5.6 µm verkleinert.
Bis zu Abkühlfeldern von 60 µT ist keine wesentliche Erhöhung des niederfrequenten Rauschens
festzustellen.
Die Flussquantisierung solcher Löcher in verschiedenen Abkühlfeldern wurde mit Hilfe der
Josephson-Magnetometrie untersucht. Dabei wurde eine Auflösung von 1.3 x 10-16 J/T in Feldern
von bis zu 1 mT erreicht.
In magnetischen Wechselfeldern zeigten die Magnetometer ab einem kritischen Feld eine
Änderung der Feldempfindlichkeit. Diese wird durch das Eindringen von Flussschläuchen in
die Aufnehmerschleife über die Korngrenzenüberführungen hervorgerufen. Das Eindringen
von Fluss in die SQUID-Schleife konnte dabei ausgeschlossen werden.
In magnetischen Querfeldern konnte keine Abweichung des reinen Vektorverhaltens der
Magnetometer festgestellt werden. Außerdem wurde eine Methode zur Bestimmung eines
Verkippungswinkels der Sensoren relativ zu einem Spulensystem entwickelt.
Schließlich wurde ein 8-Kanal-System gebaut, mit dem erfolgreich biomagnetische Messungen
in moderat abgeschirmter Umgebung durchgeführt wurden. Neben der Messung der Herzsignale
eines Probanden (Magnetokardiogramm), die die Berechnung der Isofeldkarten über dem
Brustkorb erlaubte, konnten auch magnetische Signale der Hirnaktivität
(Magnetoenzephalogramm) aufgezeichnet werden.
Superconducting quantum interference device (SQUID) magnetometers from the hightemperature superconductor YBa2Cu3O7-d on bicrystal substrates are build, and observed in external magnetic fields. The main parameters of all 46 measured magnetometers are compared regarding the variation of these parameters. It is found, that the quality of the grain-boundary has the main influence on the magnetometer parameters. On the basis of these data some design criteria could be found to improve the magnetometer performance. To prevent flux vortices from penetrating the superconducting film when the magnetometers are cooled in a static magnetic field, all structures of the device are patterned with holes to reduce the maximum linewidth to 5.6 µm. Up to cooling fields of 60 µT no increase of the low frequency noise was observed. The flux quantisation of such holes was investigated by Josephson-magnetometry in different cooling fields. A resolution of 1.3 x 10-16 J/T was reached in fields of up to 1 mT. In alternating magnetic fields the magnetometers show a change in the field sensitivity at a certain threshold field change. At this threshold flux vortices enter the pickup-loop at the grain boundary vias of the loop. Flux penetration of the SQUID-loop could be excluded in these experiments. In magnetic fields parallel to the sensing area of the magnetometer no deviation from the vector magnetometer behaviour could be found. Moreover a method to specify the tilt angle of a sensor relative to a coil system was developed. Finally an 8-channel-sytem was build and biomagnetic measurements in moderately shielded environment have been carried out. In addition to the magnetic field of the heart (magnetocardiogram) also the brain activity (magnetoencephalogram) could be recorded successfully.