【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及测量，更具体地，涉及超导薄膜样品的磁场穿透深度测量系统及测量方法。
技术介绍
1、磁场穿透深度是指外加磁场能够透过材料或介质的深度。磁场穿透深度与超导体的电磁性质密切相关。在超导体中，当外部磁场穿透到一定深度时，磁场会被超导屏蔽电流所抵消，磁场穿透深度与超导体的超导转变温度、超流相位刚度、超导能隙等参数有关。作为超导体的关键物理量之一，精确测量超导薄膜的磁场穿透深度的绝对值，对于超导机理研究及超导应用探索都具有重要意义。
2、双线圈互感技术通过测量超导薄膜屏蔽电流的抗磁响应来反推出磁场穿透深度绝对值，已经被广泛应用于各类超导体的研究中。然而，这一技术目前仅适用于大尺寸超导薄膜或圆形超导薄膜，无法用于表征实验室中常见的小尺寸矩形超导薄膜的磁场穿透深度，限制了人们对磁场穿透深度的研究。
3、因此，如何精确提取任意尺寸多边形的超导薄膜样品的磁场穿透深度绝对值成为超导领域亟需解决的问题。
技术实现思路
1、鉴于上述问题，本专利技术提供磁场穿透深度测量系统及测量方法，其中，以精确测量任意尺寸的任意多边形超导薄膜样品的磁场穿透深度。
2、根据本专利技术的一方面，提供一种磁场穿透深度测量系统，包括：图像获取及处理装置，用于获取超导薄膜样品的图像，以及根据所述超导薄膜样品的形状对所述超导薄膜样品的屏蔽电流分布进行建模以获得磁场穿透深度与互感系数的函数关系；双线圈互感系统，包括位于同一轴线上且隔开预定距离的驱动线圈和接收线圈，在所述驱动线圈和所述接收
3、可选地，所述图像获取及处理装置执行以下步骤以计算出所述磁场穿透深度与线圈电压的函数关系：对所述超导薄膜样品的图像进行区域划分以获得有限多个三角形区域，且三角形之间的交集为0，以及将所述多个三角形区域映射到单位三角形区域；对所述单位三角行区域的求解获得所述超导薄膜样品的整个区域的屏蔽电流分布；以及根据所述驱动线圈的电流贡献和所述超导薄膜样品的屏蔽电流的贡献，获得所述磁场穿透深度与互感系数的函数关系。
4、可选地，所述超导薄膜样品的形状为任意多边形，且，所述超导薄膜样品在预定温度范围内处于超导态。
5、可选地，所述区域划分包括按照所述超导薄膜样品的顶点之间的连线将所述超导薄膜样品划分成多个三角形区域，或者按照所述超导薄膜样品的顶点与中心点之间的连线将所述超导薄膜样品划分成多个三角形区域。
6、可选地，所述超导薄膜样品的整个区域的屏蔽电流分布为：
7、
8、其中，δk是超导薄膜样品在其表面划分成的三角形，k为三角形的个数，是超导薄膜样品表面的坐标，deff＝λlsinh(d/λl)是超导薄膜样品的等效厚度，d为超导薄膜样品的厚度，r为超导薄膜样品上x-y平面上某一点的坐标，r'为积分变量，jsα为α(x或y)方向的超导屏蔽电流密度，adα(r)为驱动电流在r处α方向产生的磁矢势，μ0＝4π×10-7n a-2是真空磁导率。
9、可选地，还包括：平台；以及位于所述平台上的屏蔽罩，其中，所述平台与所述屏蔽罩形成与周围环境相隔离的内部空腔，所述双线圈互感系统位于所述内部空腔中。
10、可选地，还包括：导热底座，所述导热底座包括彼此垂直的柱形孔和凹槽，所述驱动线圈和所述接收线圈位于所述柱孔中，并且相对于所述凹槽彼此相对，所述凹槽提供用于容纳所述超导薄膜样品的侧壁表面。
11、可选地，所述平台和所述导热底座共同形成外部的恒温器至所述超导薄膜样品的完整导热路径。
12、根据本专利技术的另一方面，提供一种磁场穿透深度测量方法，包括：获取超导薄膜样品的图像，根据所述超导薄膜样品的形状对所述超导薄膜样品的屏蔽电流分布进行建模以获得磁场穿透深度与互感系数的函数关系；在双线圈互感系统的驱动线圈和接收线圈之间放置所述超导薄膜样品；在向所述驱动线圈提供驱动信号的同时，从所述接收线圈接收感应信号；以及将所述感应信号转换成互感系数；以及根据所述磁场穿透深度与互感系数的函数关系计算出所述超导薄膜样品的磁场穿透深度。
13、可选地，其中执行以下步骤以计算出所述磁场穿透深度与线圈电压的函数关系：对所述超导薄膜样品的图像进行区域划分以获得多个三角形区域，以及将所述多个三角形区域映射到单位三角形区域；对所述单位三角区域的求解获得所述超导薄膜样品的整个区域的屏蔽电流分布；以及根据所述驱动线圈的电流贡献和所述超导薄膜样品的屏蔽电流的贡献，获得所述磁场穿透深度与互感系数的函数关系。
14、可选地，所述超导薄膜样品的形状为任意多边形，所述区域划分包括：按照所述超导薄膜样品的顶点之间的连线将所述超导薄膜样品划分成多个三角形区域，或者按照所述超导薄膜样品的顶点与中心点之间的连线将所述超导薄膜样品划分成多个三角形区域。
15、可选地，所述超导薄膜样品的整个区域的屏蔽电流分布为：
16、
17、其中，δk是超导薄膜样品在其表面划分成的三角形，k为三角形的个数，是超导薄膜样品表面的坐标，deff＝λlsinh(d/λl)是超导薄膜样品的等效厚度，d为超导薄膜样品的厚度，r为超导薄膜样品上x-y平面上某一点的坐标，r'为积分变量，jsα为α(x或y)方向的超导屏蔽电流密度，adα(r)为驱动电流在r处α方向产生的磁矢势，μ0＝4π×10-7n a-2是真空磁导率。
18、根据本专利技术实施例的磁场穿透深度测量系统及测量方法，根据超导薄膜样品的形状对超导薄膜样品的屏蔽电流分布进行建模以获得磁场穿透深度与互感系数的函数关系，在测量出双线圈的互感系数之后，根据所述磁场穿透深度与互感系数的函数关系计算出所述超导薄膜样品的磁场穿透深度。因此，该磁场穿透深度测量系统可以精确测量任意尺寸的任意多边形超导薄膜样品的磁场穿透深度。
19、该磁场穿透深度测量系统不受超导薄膜样品的尺寸限制，并且可以应用于任意多边形超导薄膜样品。相比于其它磁场穿透深度测量技术(如下临界磁场测量)，不需经过预处理就能表征实验室中容易制备和获得的小尺寸矩形超导薄膜样品，极大地降低了磁场穿透深度测量对样品的要求。该方法可以快速建立磁场穿透深度随温度、掺杂、压强等参量的演化规律，对于超导机理研究及超导应用探索都具有重要意义。
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1.一种磁场穿透深度测量系统，包括：
2.根据权利要求1所述的磁场穿透深度测量系统，其中，所述图像获取及处理装置执行以下步骤以计算出所述磁场穿透深度与互感系数的函数关系：
3.根据权利要求2所述的磁场穿透深度测量系统，其中，所述超导薄膜样品的形状为任意多边形，且，所述超导薄膜样品在预定温度范围内处于超导态。
4.根据权利要求3所述的磁场穿透深度测量系统，其中，所述区域划分包括按照所述超导薄膜样品的顶点之间的连线将所述超导薄膜样品划分成多个三角形区域，或者
5.根据权利要求2所述的磁场穿透深度测量系统，其中，所述超导薄膜样品的整个区域的屏蔽电流分布为：
6.根据权利要求1所述的磁场穿透深度测量系统，还包括：
7.根据权利要求6所述的磁场穿透深度测量系统，还包括：
8.根据权利要求7所述的磁场穿透深度测量系统，其中，所述平台和所述导热底座共同形成外部的恒温器至所述超导薄膜样品的完整导热路径。
9.一种磁场穿透深度测量方法，包括：
10.根据权利要求1所述的磁场穿透深度测量方法，
11.根据权利要求10所述的磁场穿透深度测量方法，其中，所述超导薄膜样品的形状为任意多边形，所述区域划分包括：
12.根据权利要求10所述的磁场穿透深度测量系统，其中，所述超导薄膜样品的整个区域的屏蔽电流分布为：
...【技术特征摘要】
1.一种磁场穿透深度测量系统，包括：
2.根据权利要求1所述的磁场穿透深度测量系统，其中，所述图像获取及处理装置执行以下步骤以计算出所述磁场穿透深度与互感系数的函数关系：
3.根据权利要求2所述的磁场穿透深度测量系统，其中，所述超导薄膜样品的形状为任意多边形，且，所述超导薄膜样品在预定温度范围内处于超导态。
4.根据权利要求3所述的磁场穿透深度测量系统，其中，所述区域划分包括按照所述超导薄膜样品的顶点之间的连线将所述超导薄膜样品划分成多个三角形区域，或者
5.根据权利要求2所述的磁场穿透深度测量系统，其中，所述超导薄膜样品的整个区域的屏蔽电流分布为：
6.根据权利要求1所述的磁场穿...
【专利技术属性】
技术研发人员：张若舟，秦明阳，史秋艳，袁洁，金魁，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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