Thesis or Dissertation 高温超電導量子干渉素子の量子的特性を考慮した数値解析に関する研究

寺内, 直也

A superconducting quantum interference device (SQUID) is a high sensitive magnetic sensor. It can measure a very small amount of magnetic flux, and is widely used in various applications such as a nondestructive evaluation (NDE) and a low field magnetic resonance imaging (MRI). In many cases of such applications, the SQUID is used inside a magnetic shielding room. The reason is that the SQUID transitions to unstable state under magnetic noise. Recently, to improve the robustness with respect to magnetic noise of the SQUID sensor and to realize the stable operation in normal magnetic environment, many researches are widely performed. In this study, the numerical simulation of SQUID is performed by the finite element method (FEM). From the simulation, the effectiveness of the superconducting film magnetic-shield which has been proposed to improve the performance of the SQUID magnetometer is confirmed. Moreover, the analysis taking into account the characteristic of the Josephson junction is performed to express the phenomenon of the SQUID more precisely. To consider the quantum behavior of Josephson junction in the SQUID, the equivalent circuit is embedded in FEM. As a result, the macro-scale simulation taking account of the micro-scale phenomenon is performed.
超電導量子干渉素子(SQUID)は,非常に高感度な磁気センサである.非常に微弱な磁束を検出することができ,非破壊検査(NDE)や低磁場における核磁気共鳴画像法(Lowfield MRI)など,様々な分野でその応用が研究されている.多くの応用では,SQUIDは磁気シールドルームを伴って使用される.これはSQUIDが磁気ノイズ環境で,不安定動作を引き起こすためである.近年,SQUIDの磁気ノイズに対する耐性を向上させ,通常磁気環境における安定動作を実現するための研究が数多くなされている.本研究では,SQUIDに対して有限要素法を用いて,数値シミュレーションを行った.この解析によって,SQUIDマグネトメータの性能を向上させるために提案されている超電導薄膜磁気シールドの効果を検証した.また,SQUIDの現象をより正確に表現するために,ジョセフソン接合の特性を考慮した解析を行った.ジョセフソン接合における量子的な振る舞いを考慮するために,有限要素法に等価回路方程式を組み合わせた.この解析により,量子的な現象を考慮したマクロ・レベルでの数値解析を行うことができた.
ix, 118p
Hokkaido University(北海道大学). 博士(情報科学)

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