Hochtemperatursupraleitende Quanteninterferenz-Detektoren mit Stufenkontakten für neue geophysikalische Messinstrumente

Die Dissertation beschäftigt sich mit der Erforschung und der Optimierung von HTS-SQUID-Magnetometern auf Basis von Stufen-Josephson-Kontakten für die Anwendung in TEM-Systemen für die geophysikalische Exploration. Für Entwicklung und Optimierung wurden sowohl der Fabrikationsprozess analysiert, um eine zeit- und ressourcenschonende Fabrikation mit hoher Ausbeute und hoher Reproduzierbarkeit zu ermöglichen. Zudem wurden Methoden zur Verringerung des Rauschens im niederfrequenten Bereich und zur Vergrößerung der Sensitivität untersucht, um eine möglichst große Explorationstiefe zu erreichen. Im Rahmen der Fabrikationsanalyse wurden Lackhomogenität und -höhe sowie der Einfluss der Ätzwinkel auf die entstehenden MgO-Stufen beim Ionenstrahlätzen untersucht. Zudem zeigte sich, dass YBCO/STO/YBCO-Schichtsysteme beschichtet mit in situ gepulster Laserablation bessere morphologische und supraleitende Eigenschaften aufweisen als einzelne YBCO-Schichten. Basierend auf diesen Ergebnissen wurden integrierte HTS-SQUID-Magnetometer hergestellt. Sie haben große Aufnehmerflächen, die direkt an vier SQUIDs gekoppelt sind, sowie integrierte Heizer und Feedback-Spulen. Diese Magnetometer erzielen hohe IcRn-Produkte und hohe Spannungshübe und ein weißes magnetischen Feldrauschen von BN < 30 fT/√Hz. Ihre Langzeitstabilität konnte durch ein Passivierungsschichtsystem deutlich verbessert werden. Um das Rauschen im niederfrequenten Bereich ausgelöst durch Flussschlauchbewegung zu verringern, wurden zwei separate Methoden untersucht: Einerseits die Verringerung der supraleitenden Flächen, andererseits die Implementierung von Gold-Nanopartikeln in die supraleitenden Strukturen. Beide Methoden zeigen signifikante Verringerungen des niederfrequenten Rauschens mit BN ≈ 200 fT/√Hz bei f = 1 Hz. Zusätzlich wurden Magnetometer mit vergrößerter effektiver Fläche hergestellt. Sie haben eine höhere Sensitivität und dadurch ein verringertes magnetisches Feldrauschen mit BN ≈ 17 fT/√Hz