Structures 2D Compactes Vs espacées

Comme nous l’avons vu au chapitre 2, il existe plusieurs façons de faire un réseau 2D. En plus de la structure compacte, on peut connecter en parallèle des réseaux série. Une autre façon de faire des réseaux 2D consiste à connecter en série des réseaux parallèles, avec une piste de polarisation reliant chaque réseau par leur milieu comme représenté à la Figure 142 b). Nous appellerons cette dernière structure un réseau 2D espacé, en opposition aux réseaux compacts.

Dans cette section nous nous intéresserons à la structure de réseau 2D compacte en comparaison avec une structure espacée. Les réseaux ont été constitués d’après les réseaux utilisés pour faire l’étude de la mise en 2D. Ces réseaux consistaient en des SQIF parallèles de 50 SQUID que l’on répète 2, 5 10 et 15 fois. En prenant en compte le réseau parallèle tout seul cela fait en tout 33 SQIF parallèles pour chaque configuration A, B, C et D. En partant de ces réseaux, la structure compacte consiste en un rassemblement de ces 33 réseaux en série selon une structure où les réseaux sont collés les uns aux autres. C’est la structure compacte de la Figure 142 a). Ces SQIF compacts ont été régulièrement espacés par une piste de polarisation de 10 µm qui relie chaque SQIF parallèle en son milieu. C’est la structure espacée.

En plus de ces réseaux, pour la structure compacte en configuration C, un autre réseau identique a été produit, dans lequel nous avons retiré une jonction au milieu d’un réseau parallèle, une ligne sur deux. La Figure 150 montre en a) deux SQIF compacts, en b) un

189 agrandissement sur la structure, et en c) un agrandissement sur trois lignes correspondant à trois SQIF parallèles. Celui du haut possède toutes ses jonctions, celui du milieu à une jonction manquante au centre et celui qui suit a aussi toutes ses jonctions. De cette façon nous voudrions étudier le comportement des distributions de courant. Nous avons appelé cette structure C*.

Figure 150 : Configuration C*, il s'agit d'un réseau compact a), en configuration C, b) et pour lequel une jonction est retirée au centre d'un réseau parallèle sur deux, c).

Dans ce qui suit, tous les réseaux n’ont pas pu être mesurés, nous présenterons des résultats pour les circuits en configuration compacte, A, C* et D, puis en configuration espacée A, C et D.

La Figure 151 montre les caractéristiques en tension en haut et les transformées de Fourier en bas pour les réseaux compacts A et D. En termes d’amplitude les deux réseaux ont des valeurs similaires, et en termes de sensibilité aussi. Quant à la forme du signal, on observe un pic asymétrique pour la configuration A, certainement due à l’asymétrie du réseau et on observe une modulation périodique en plus du pic SQIF pour la configuration D. La transformée de Fourier montre que pour ce dernier réseau il y a une forte contribution du signal pour une surface effective proche de 500 µm². D’après ce que nous avons vu concernant les distributions de courant, et étant donné la structure du réseau alternant grandes et petites surfaces, cette transformée de Fourier semble cohérente.

Lorsque nous avons décrit les SQIF, une condition pour observer un anti-pic proche du champ magnétique nul était celle d’assembler des surfaces incommensurables. Les modulations périodiques de la courbe bleue sont le résultat d’un réseau ayant des surfaces commensurables, puisqu’il s’agit de répétitions de SQIF parallèles. Afin d’éviter ces effets, il faudrait que toutes les surfaces du réseau soient différentes et incommensurables.

190 Figure 151 : Comparaison entre deux réseaux 2D selon la configuration des surfaces A en noir et D en bleu. Les réseaux sont constitués de 33 SQIF parallèles, connectés en série, chaque SQIF parallèle ayant 50 SQUID. En haut est représentée la réponse en tension en fonction du champ magnétique appliqué et en bas la transformée de Fourier des deux réseaux.

Comme pour les réseaux parallèles, au-delà du point de fonctionnement qui donne un maximum d’amplitude et sensibilité, lorsque l’on augmente le courant de polarisation, on peut observer une réponse en tension différente. La Figure 152 montre la réponse en tension optimale pour le réseau en configuration D en rouge, et une réponse DC du même réseau à une température un peu plus faible et à très fort courant de polarisation. Ce qu’on observe est que les modulations périodiques présentes sur la réponse optimale disparaissent, ainsi que le pic autour de 500 µm² sur la transformée de Fourier. Le pic SQIF a la même amplitude mais perd de la sensibilité. Ce comportement est encore une fois cohérent avec notre hypothèse. En effet en polarisant à plus fort courant on utilise les surfaces proches du milieu. Etant donné que la structure alterne grandes et petites surfaces, les plus grandes surfaces se trouvent aux extrémités. En polarisant à fort courant on les élimine donc de la réponse en tension.

191 Figure 152 : Réponse en tension d’un réseau 2D de 33 SQIF parallèles, connectés en série, chaque SQIF parallèle ayant 50 SQUID en parallèle selon la configuration D. En noir la réponse en tension en haut et la transformée de Fourier en bas du réseau à 48 K et 1.2 mA. En rouge la réponse en tension en haut et la transformée de Fourier en bas à 50.5 K et 540 µA.

La Figure 153 montre les caractéristiques en tension des 6 réseaux mesurés, en configuration A, C* et D selon une structure compacte, et en configuration A, C et D selon une structure espacée. A droite sont tracées les transformées de Fourier. On observe une différence importante entre les structure compactes et espacées. Pour les premières on observe un pic SQIF très distinct des modulations secondaires. Pour les structures espacées il n’y a plus de réponse SQIF et la structure C* se comporte comme une structure espacée. Le Tableau 21 recapitule les caractéristiques DC de chaque réseau. On observe que les réseaux compacts A et D ont des courants de polarisation optimaux plus faibles que les réseaux espacés et le réseau C*. Cette observation se rajoute à celles des autres réseaux 2D, et nous confirme que les structures compactes sont celles que l’on devrait utiliser. Les réseaux espacés n’ont pas de signature SQIF et les amplitudes et sensibilités sont beaucoup plus faibles que pour les réseaux compacts.

192 Figure 153 : Réponse en tension en fonction du champ magnétique appliqué de plusieurs réseaux 2D selon une structure compacte ou espacée à gauche, et dans les configurations de surfaces A, C et D. A droite les transformées de Fourier.

Tableau 21 : Caractéristiques DC de différents réseaux 2D selon une structure compacte ou espacée.

MxN=50x33 Compacte A Compacte C* Compacte D Espacé A Espacé C Espacé D

𝑻_𝒐𝒑𝒕 (𝑲) 49.5 48.5 50.5 48 47.5 46.5 𝑰𝒐𝒑𝒕 (µ𝑨) 670 1060 540 1110 940 1090 𝑰_𝒄 (µ𝐀) 335 530 270 555 470 545 𝑰_𝒄/𝟓𝟎 (µ𝐀) 6.7 10.5 5.3 11 9.3 10.8 𝑹_𝒏 (𝐎𝐡𝐦) 1.1 0.48 1 0.87 0.9 0.9 𝑹_𝒏∗ 𝟓𝟎 𝟑𝟑 ^{(𝐎𝐡𝐦)} 1.6 0.73 1.4 1.2 1.4 1.4 𝑹_𝒏𝑰_𝒄 𝟑𝟑 ^(µ𝑽) 11.2 7.6 8.2 14.5 12.7 14.9 ∆𝑽_𝒎𝒂𝒙 (µ𝐕) 127 34.5 124 36.8 29.7 63 𝑽_𝑩 (𝐕 𝑻⁄ ) 46.7 9.1 41.4 6.5 9.1 9.1

Les structures 2D compactes sont un meilleur choix que les structures espacées car elles sont plus tolérantes aux inhomogénéités de courant. On avait compris précédemment que les réseaux parallèles sont très sensibles à la dispersion des courants critiques, tandis que les réseaux 2D compacts sont plutôt flexibles. On avait aussi vu que les combinaisons des surfaces étaient bénéfiques dans les réseaux 2D compacts. Une structure 2D espacée perd ces avantages.

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