一阶梯度串联超导量子干涉器件阵列

来源：计量学报杂志2025年第6期北京时间：

作者：陈晴, 徐达, 孙永, 曹文会, 钟青

摘要：超导量子干涉器件（SQUID）因其极低的噪声水平、极高的电流灵敏度以及低阻抗特性而成为超导转变边缘探测器（TES）等低温粒子探测器读出的唯一选择。针对TES信号读出应用，研制了基于Nb/Al-AlO x /Nb 约瑟夫森结的一阶梯度串联超导量子干涉器件阵列（SSA）。其中，每个SQUID单元的环路、输入线圈和反馈线圈均采用一阶梯度结构来降低外磁场干扰，SQUID环路与输入线圈采用重叠耦合方式、与反馈线圈采用交叉耦合方式。在液氦环境下进行的测试结果表明，含有2个、8个和16个SQUID单元阵列的输入电流灵敏度与反馈电流灵敏度测试值分别为21.5 μA/Φ 0与26.3 μA/Φ 0（Φ 0为磁通量子），均与仿真预测值相吻合； SQUID磁通电压转换系数随着SQUID单元数量的增加而线性上升，而总磁通噪声与SQUID单元数量的平方根成反比；含有16个SQUID单元的串联阵列展现出最优的噪声性能，其总磁通白噪声低至0.34×10-6 Φ 0·Hz-1/2， 总电流白噪声低至7.3 pA·Hz-1/2，器件电流白噪声低至6.8 pA·Hz-1/2，可满足TES的微弱电流读出需求。

关键词：磁学计量,超导量子干涉器件,超导转变边缘探测器,串联阵列,磁通噪声,电流噪声,电流灵敏度

基金资助：国家重点研发计划(2022YFF0706902)