具有集成热致动输入限流器的 SQUID 电流传感器

本文介绍了将热致动输入限流器（TCL）集成于传感器输入电路中的 SQUID 电流传感器的研制。TCL 基于一个无分流约瑟夫森结（JJ）串联阵列，其周围蜿蜒排布着一个电流隔离但热耦合紧密的电阻加热元件。通过对加热器施加电流，可降低或完全抑制 JJ 临界电流，而片上其他 SQUID 电路元件不受影响。TCL 的功能参数通过直接输运测量以及经由输入电路的静态与动态磁通耦合测试确定。在液氦中，可靠将 JJ 阵列临界电流抑制至零所需的加热器功率约为 1.5 mW，TCL 正常态电阻为 500 $\Omega$。在此配置下，直接输运测量中观察到典型的 TCL 开关时间低于 10 $\mu$s。当多通道 SQUID 磁强计系统中故障通道无法反馈至其原本超导的输入电路时，TCL 可用于临时甚至永久禁用这些通道。如此，可避免这些输入电路中屏蔽电流对相邻通道造成的显著信号畸变。此外，通过完全抑制并恢复 TCL 临界电流，可防止超导输入电路中的直流偏置电流。这例如在基于 SQUID 的极化惰性气体自旋进动实验中具有意义，其中输入电路中即便几 $\mu$A 的直流电流也会在相邻样品区导致显著磁场畸变，贡献于横向自旋-自旋弛豫率 $1/T_{2}$。