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超导量子干涉仪(Superconducting quantum interference device,SQUID)是一种由约瑟夫森结(Josephson junction,JJ)构成的超导电路网络;其电路构型,见于《超导约瑟夫森结电路的构成》,其电路原理,见于《电路的载流子流图示例(11)——射频超导量子干涉仪(RF-SQUID)电路》,《电路的载流子流图示例(12)——直流超导量子干涉仪(DC-SQUID)电路》,《电路的载流子流图示例(13)——射频与直流双拼超导量子干涉仪(BI-SQUID)电路 》等。
经电路理论证明 [1],DC-SQUID内部是一个由两个约瑟夫森电流(Josephson current)驱动的二端口网络,通过一种频率相位锁定(Frequency-phase-locking,FPL)机制,获得磁通调制的电流-电压特性;最终,DC-SQUID,在其引出的两端子外部看来,表现为一种磁场效应管(Magnetic field effect transistor,MFET)。
和DC-SQUID一样,其他类型的SQUID,如RF-SQUID,BI-SQUID,DRO-SQUID, SQIF, 以及SQUID-array等,也在相应的应用电路中,被用作具有磁通调制电流-电压特性的MFET。
以DC-SQUID为例,图1总结了用超导MFET搭建磁传感器电路与系统的全过程。
图1. 直流超导量子干涉仪电路与系统总览
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超导量子干涉仪(SQUID)是一种具有磁通/电流调制电流-电压特性的磁场效应管(Magnetic field effect transistor, MFET)[1]。
超导量子干涉仪磁传感器(SQUID sensors)是用超导MFET 结合半导体运算放大器(Operational amplifier,OPA)构成的磁通反馈运算放大电路(Flux feedback operational amplifier,FF-OPA)[2]。
超导MFET的I-V特性是磁通/电流调制的,半导体场效应管(Field effect transistor,FET)的I-V特性是电荷/电压调制的;两者呈现磁通-电荷对偶关系。理解半导体FET及其应用,便能理解超导MFET及其应用。
[1] Y. L. Wang, "Frequency-phase-locking mechanism inside DC SQUIDs and the analytical expression of current-voltage characteristics," Physica C-Superconductivity and Its Applications, vol. 609, Jun 15 2023.
[2] Y. L. Wang, " Introduction to SQUID Sensors for Electronics Engineers," arXiv:2310.00573, pp. 1-53, 2023. https://doi.org/10.48550/arXiv.2310.00573.
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