JPH0227279A - 超電導磁気測定装置 - Google Patents

超電導磁気測定装置

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JPH0227279A
JPH0227279A JP63177456A JP17745688A JPH0227279A JP H0227279 A JPH0227279 A JP H0227279A JP 63177456 A JP63177456 A JP 63177456A JP 17745688 A JP17745688 A JP 17745688A JP H0227279 A JPH0227279 A JP H0227279A
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superconductor
film
superconducting
electrodes
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Hideo Nojima
秀雄 野島
Terue Kataoka
照榮 片岡
Shuhei Tsuchimoto
修平 土本
Noburo Hashizume
橋爪 信郎
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    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/035Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using superconductive devices
    • G01R33/0352Superconductive magneto-resistances
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、従来の磁気抵抗素子と比較し弱い磁界に対し
ても高感度な粒界をもつセラミック超電導体膜の磁気抵
抗素子により高精度で、信頼性と安定性よく磁界を測定
できる装置に関するものである。
〈従来の技術〉 従来の磁気測定は、半導体又は磁性体を用いた磁気抵抗
素子をよく用いていたが、その磁界に対する感度は、最
高10 ガウス程度であり、その感度特性は、第7図(
a)のように磁界の強さに対して2次曲線になるので、
磁界が弱いときは感度が低くなった。
一方、極めて磁界に対して感度が高い超電導素子による
SQU I D磁束計があったが、極低温に冷却する必
要があること、測定の操作が複雑である′という問題点
があった。
最近、臨界温度が高いセラミック超電導体の、粒界の弱
結合による高感度の磁気センサを特願昭62−2383
69などで提案している。上記の磁気センナは、第2図
に示したように、セラミック超電導体1に電流電極2,
3及び電圧電極4,5を設けただけの構成であるが、磁
界に対しては第7図(b)に示したように弱い磁界の印
加で電気抵抗が発生し、磁界の強度が上るに従って急激
に抵抗値を増加する特性をもっている。
〈発明が解決しようとする問題点〉 前記の超電導磁気抵抗素子に一定の電流を流し、印加磁
界を増減させて、その動作特性を詳細に検討すると、第
3図に示°したようなヒステリシス特性を示すことを見
出した。
上記のようなヒステリシス特性をもった超電導磁気抵抗
素子を用いると、微小な磁界の検出や測定をするとき無
視できない誤差を生じることになる。
以上のようなヒステリシス特性をもっていても、測定す
る磁界の強さに対し常に一定の出力を得られる超電導磁
気抵抗素子の駆動方式を特願昭62−193018で提
案しているが、ここで提案している方式は、その素子に
流すバイアス電流を下げるときは1度電流を零にした後
所定の電流値にする、などにより、常に一定の特性曲線
を用いるもので、その素子の駆動方式が複雑になってい
た0本発明は、従来の超電導磁気抵抗素子の駆動方式が
もっていた前記の問題点を解消し、容易にヒステリシス
の影響を受けることなく、超電導磁気抵抗素子で磁界を
測定する方法と装置を提供することを目的としている。
〈問題点を解決するだめの手段〉 前記のセラミック超電導体の磁気抵抗素子がヒステリシ
ス特性を示す原因は、次のように考えらセラミック超電
導体は多数の超電導体粒子1/eが焼結によって結合さ
れた第9図(a)の構成になって、いるが、その粒界1
3は極めて薄い絶縁膜、又は常電導膜が介在するか、ポ
イント状に接合するなどのいわゆる超電導粒子の弱結合
による集合体とみなすことができ、これを等価回路で表
わせばジョセフノン素子の集合になる第9図(b)のよ
うになる。このようなセラミック超電導体に、磁界を印
加すると弱結合の部分から超電導状態が破れ電気抵抗を
もつので、第7図(b)に示したように、弱い磁界の印
加によっても急速に抵抗が増大する特性をもつことにな
る。この超電導磁気抵抗素子が第8図に示したヒステリ
特性を示すのは、はじめ印加した磁界を強くしていくと
、それに対し弱結合を通って反磁界を形成していた環状
超電流がその弱結合部から超電導状態が破れ、超電導体
内に磁束が侵入すること、及び、前記のように超電導体
内へ磁束を侵入させる強さにした磁界を弱くしていくと
、前記の弱結合部に超電導電流が流れる状態になり、印
加磁界を強くしたときと逆の磁束を保持する環状超電導
電流が流れるが、以上の差が超電導体の内部磁界に影響
するためと考えられる0 ヒステリシス特性をもたせないためには超電導体内に環
状電流が流れたり磁束が捕獲されない状態にすればよい
。この条件は膜状の超電導体の素子で測定し、磁界の印
加方向に依存性があることが分り、その素子の膜面に平
行に磁界を印加したとき、そのヒステリシスを著しく減
少できることが分った。
本発明は、基板上に作製したセラミック超電導体膜の磁
気抵抗素子を、その超電導体膜を印加する磁界と平行に
なるよう設置して測定するものである。
〈作用〉 ヒステリシス特性をもつが、磁界に対し感度の高い粒界
が弱結合のセラミック超電導体を薄い膜状にし、そのヒ
ステリシス特性の原因となる超電導体内への磁束の侵入
及びその捕獲が極めて少なくするよう印加磁界に対しそ
の超電導膜を平行に設置することにより、ヒステリシス
特性の影響を無視できる程度にし、しかも、超電導の特
徴を生かして、弱い磁界の早い変化も正確に測定する装
置にすることができる。
〈実施例〉 本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する0 第1図は、本発明の1実施例を示した図で、セラミック
超電導体1を膜状にし、その両端の近くに1対の電流電
極2,3と、その内側に1対の電圧端子4,5を設けて
いる。この素子に定電流源から一定の電流Iを電流電極
2,3を介して流し、かつ一定の磁界Hを超電導体】に
印加したとき、電圧端子4と5の間に発生する電圧Vか
ら磁界の強さを測定する。
次に、上記第1図に示した超電導体!の作製方法を説明
する。
この超電導は、第8図に概要を示したセラミック超電導
体膜の成膜装置で作製した。この第8図で、安定化ジル
コニア(ysz)の基板を、ヒーター9で加熱した熱容
量の大きい台板8に取付は基板温度を400℃に保ちな
がら、セラミック超電導体の組成元素の硝酸塩であるY
(NOa)a・6H20゜Ba(NOa)2.Cu(N
O3)2*3H20をYIBa2Cu3となるよう秤量
したその水溶液を、噴射器1!から噴霧12として、断
続的に基板に吹きつけ、その基板の温度によって、硝酸
塩の熱分解とyl Ba2 Cua 07−x膜を成長
させるスプレーパイロリシス法により膜厚5μmの均一
な膜を作製した。
以上で作製した膜は、950℃での60分間の空気中加
熱と、500℃で10時間の空気中アニールにより酸素
の組成比を調整した。作製した超電導体膜は100Kか
ら抵抗が下がりはじめ(Tco)、83にで完全に抵抗
が零になる(Tci)臨界温度を示した。
作製したYI Ba2 Cu3 o7−x膜をX線回折
により測定したのが第10図である。この第10図のX
線回折チャートから分るように、超電導体膜は基板7か
らC軸に配向して成長していることが分った0 続いて、このセラミック超電導体に対し特性のよい電極
になるTiの蒸着により第1図の電流電極2,3と電圧
電極4,5を形成し、セラミック超電導磁気抵抗素子6
を完成した。作成した素子6の大きさは幅5gで長さが
10綱であり、その電圧電極4と5の間を5+agにし
た。
なお、以下の測定で素子6の電流電極2と3を介して流
した電流は0.1 m Aにした。
以上の構成の素子6を、超電導状態になる液体窒素温度
(77K)に冷却し第1゛図のX軸の方向即ち超電導膜
1に垂直になる方向から磁界を印加したときは、第5図
に示した如く、印加磁界Hを増加するときと、減少する
ときで、素子6に発生する抵抗値Rが変なるヒステリシ
ス特性を示した。
これは第4図(a)に示したように、超電導膜1に垂直
に磁界を印加したときは、磁束が膜面を容易に貫通し、
超電導体により磁束が捕獲されることによると考えられ
る。これに対して、第1図で超電導膜1に対し平行にな
るY軸方向から磁界を印加したときは、第6図に示した
ように印加磁界Hを増加するときも、増少するときも、
一定の磁界に対して発生する素子の抵抗値Rが同じ値を
とり、測定誤差の範囲内ではヒステリシスが全く認めら
れなかった。以上の図面に於けるθは、第1図に示した
ように、超電導膜1の垂直方向(X軸)と磁界Hの方向
がなす角度である。
以上で説明した超電導磁気抵抗素子6は、本発明の1実
施例であり、セラミック超電導体の作製方法もスプレー
パイロリシス法に限定されるものでなく、スパッタ法、
MOCVD法あるいは電子ビーム蒸着法による成膜法を
用いても、前記の説明と同じ本発明の効果を得ることが
できる。更に本発明の実施例ではY−Ba−Cu−0系
の超電導体で説明したが、粒界に弱結合を形成できる超
電導体であれば他のB1−5r−Ca−Cu−0系、T
l−Ba −Ca−Cu−0系などの超電導体を用いて
も、本発明の効果が得られる。
なお、印加する磁界と素子6の超電導膜1を完全に水平
にする必要はなく、一定の角度の範囲内では本発明の効
果が得られる。また、超電導膜1と印加磁界Hの方向の
なす角度θは、第5図と第6図を比較すれば分るように
角度θによって感度が異なることを利用すれば簡単な角
度の調節ができることが分る。
以上の説明では測定する磁界の方向に超電導膜1を平行
に設置する方法だけでなく、測定する磁界を硅素鋼、パ
ーマロイなどの高透磁率の材料を用いて誘くか、又は、
超電導体の完全反磁性を用いて磁界を誘くことにより超
電導膜1に平行に磁界を印加して、測定することもでき
る。このように磁界を誘導する方法を用いる方法により
印加磁界全体の強さでなく、磁界を方向に別けて測定す
ることも可能になる。
〈発明の効果〉 本発明は、基本的に高い感度をもち、構造が簡単で取り
扱いが容易なセラミック超電導体膜からなる磁気抵抗素
子を、特に高精度で測定するとき影響する磁気抵抗特性
のヒステリシスを、印加する磁界の方向に合わせて設置
するか、印加する磁界の方向を限定することでそのヒス
テリシスの発生を防ぎ極めて安定にかつ信頼性の高い磁
界の検出と測定が可能な装置を実現するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を説明する実施例の構成図、第2図は本
発明の超電導磁気抵抗素子による基本構成図、第3図は
磁気抵抗効果にヒステリシスをもつ特性図、第4図は超
電導体膜に印加した磁界の方向による作用の差を示した
図、第5図は超電導体膜に垂直に磁界を印加したときの
磁気抵抗特性図、第6図は超電導体膜に平行に磁界を印
加したときの磁気抵抗特性図、第7図は従来と超電導の
磁気抵抗特性を示す図、第8図は本発明の実施例のセラ
ミック超電導体膜作製装置の概要図、第9図はセラミッ
ク超電導体の構成とその等価回路を示した図、第10図
は実施例のセラミック超電導体膜のX線回折図である。 lはセラミック超電導体、2と3は電流電極、Iと4は
電圧電極、6は超電導磁気抵抗素子、7は基板、8は合
板、9はヒーター 11は噴射器、1#は超電導体粒子
、13は粒界である。 代理人 弁理士 杉 山 毅 至(他1名)H磁界 第3図 $281 亡9EW71ktllJm’!At> 弁1し中(H1
157,il悴) (b) 第4m 第 田 紙のb3気蝮八禾子q斜性 低 (b) 25EW7建憂15募ぶ龜帆乞ンプ→特十を第 7図 第8 図 着粘窃構長 $9図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、基板の平面上に作製された、結晶粒界をもつ超電導
    体膜の、磁気抵抗効果を用いる磁気測定装置において、
    前記超電導膜の基板面を印加磁界の方向とほぼ平行に設
    置することを特徴とする超電導磁気測定装置。 2、前記超電導体はセラミック超電導体であり、前記基
    板上に特定の結晶軸方向に成長した超電導膜を用いたこ
    とを特徴とする請求項1記載の超電導磁気測定装置。
JP63177456A 1988-07-15 1988-07-15 超電導磁気測定装置 Pending JPH0227279A (ja)

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EP89112984A EP0350959B1 (en) 1988-07-15 1989-07-14 An apparatus and method for magnetic measurement using a superconductive magneto-resistive device
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DE68920369T DE68920369T2 (de) 1988-07-15 1989-07-14 Gerät und Verfahren zum magnetischen Messen mit einer supraleitenden magnetoresistiven Vorrichtung.

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