Mit der Entdeckung des keramischen Hochtemperatur-Supraleiters Lanthan-Barium-Kupferoxid (LaBaCuO) im Jahre 1986 durch Bednorz und Müller [Bednorz & Müller 1986] ist den Forschungsanstrengungen auf dem Gebiet der Supraleitung ein neuer starker Impuls gegeben worden. Die Suche nach immer höheren Sprungtemperaturen Tc0 zog die Entdeckung zahlreicher neuer keramischer Supraleiter auf Kupferoxid-Basis nach sich. Hatte das LaBaCuO noch eine Sprungtemperatur von 30 K, so gelang Wu et al. mit Yttrium-Barium-Kupferoxid (YBa2Cu3O7) die Darstellung eines oxidischen Supraleiters, dessen Sprungtemperatur (93 K) über dem Siedepunkt des flüssigen Stickstoffs (LN2) von 77.4 K bei Atmosphärendruck liegt [Wu et al. 1987]. Mit der Entdeckung weiterer Verbindungen wie BiSr2CaCu2O8 (Tc0= 110 K) [Maeda et al. 1988] und Tl2Sr2Ca2Cu3O10 (Tc0= 125 K) [Parkin et al. 1988] ließ sich mit HgBa2Ca2Cu3O8+x (Tc0= 133 K)[Schilling et al. 1993] die bislang höchste bekannte Sprungtemperatur von 150K unter hohem Druck erreichen [Chu et al. 1993].
Die Motivation zur Anwendung der Hochtemperatur-Supraleiter liegt im wesentlichen darin, daß auf eine Kühlung mit flüssigem Helium (LHe) verzichtet werden kann, welches zur Kühlung auf die Betriebstemperatur der konventionellen metallischen Supraleiter von 4.2 K benötigt wird und daher deren breiten Einsatz einschränkt. Die Kühlung kann bei den Hochtemperatur-Supraleitern durch flüssigen Stickstoff erfolgen, der gegenüber LHe eine um einen Faktor 60 geringere Verdampfungswärme aufweist, oder durch Kleinkühler. Als Haupteinsatzfeld für die Hochtemperatur-Supraleiter gelten die Kryoelektronik und in letzter Zeit verstärkt auch Hochstromanwendungen. In dieser Arbeit werden Bauelemente der Kryoelektronik untersucht. Als aktive Bauelemente spielen die supraleitenden Quanteninterferometer (SQUIDs) eine bedeutende Rolle. Technologisch sind diese von besonderem Interesse, da sie derzeit die bei niedrigen Frequenzen empfindlichsten magnetischen Flußsensoren darstellen. Sie sind damit ein interessantes Werkzeug zur Messung all der physikalischen Größen, die in eine Änderung des magnetischen Flusses überführt werden können. Für astronomische, materialwissenschaftliche (NDT, non destructive testing), geophysikalische und biomagnetische Messungen wurden mit konventionellen Supraleitern Anwendungen entwickelt. Für biomagnetische Anwendungen sind kommerzielle Meßsysteme in der klinischen Erprobung.
Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung von hochempfindlichen Magnetfeldsensoren aus dem Hochtemperatur-Supraleiter YBa2Cu3O7 für den Betrieb bei 77K. YBa2Cu3O7 wurde gewählt, da es unter den Hochtemperatur-Supraleitern als Modellsubstanz gilt. Dieser oxidische Supraleiter verlangt in der Herstellung von Bauelementen nach Konzepten, die von denen für klassische metallische Supraleiter deutlich abweichen. Das Wachstumsverhalten des eingesetzten Materials mit seiner komplexen Stöchiometrie unterscheidet sich erheblich von dem der konventionellen Supraleiter. Die Magnetfeldsensoren sollen in einem biomagnetischen System zur Magnetokardiographie (MKG) eingesetzt werden. Bei diesem Verfahren werden in Analogie zur bekannten Elektrokardiographie (EKG) die magnetischen Signale gemessen. Im Gegensatz zur Elektrokardiographie, welche durch die Leitfähigkeit des Körpergewebes verzerrte elektrische Signale mißt, werden bei der Magnetokardiographie die unverzerrt austretenden magnetischen Signale berührungslos aufgezeichnet. Eine räumliche und zeitaufgelöste Rekonstruktion der Signalquellen wird damit bedeutend vereinfacht. Die Signalstärken dieser durch die elektrischen Aktivitäten der Nervenzellen hervorgerufenen magnetischen Signale betragen etwa 1-100 pT in einer Meßbandbreite von $\Delta$ Bw $\approx$ 100 Hz. Um einen genügend großen Störabstand zu erhalten, sollte die Feldauflösung SB1/2 $\le$ 50 fT/Hz1/2 sein. Weiterhin sollte für eine ausreichende Ortsauflösung die Sensorgröße eine Fläche von 20 x 20 mm2 nicht überschreiten.
Last updated: Sonntag, 15. Juni 1997 Dirk Reimer