СКВИД-магнито́метр, устройство для измерения сверхслабых магнитных полей, использующее в качестве чувствительного элемента сверхпроводящий контур с включёнными в него «слабыми» контактами (контактами, или переходами Джозефсона). В сверхпроводнике за счёт квантовомеханического взаимодействия между электронами с противоположно направленными спинами при определённых условиях электроны попарно объединяются в стабильные системы. Такие образования часто называют куперовскими парами в честь первооткрывателя Л. Купера. Каждая куперовская пара электронов обладает нулевым суммарным спином и электрическим зарядом вдвое большим, чем заряд одного электрона, и ведёт себя как квазичастица. Поскольку частицы с целым спином не подчиняются принципу Паули, они могут находиться в одном и том же квантовом состоянии и описываться общей волновой функцией, иначе говоря, являются когерентными. Макроскопическая квантовая интерференция волновых функций всех куперовских пар приводит к тому, что суммарный магнитный поток, который пронизывает контур (он состоит из магнитного потока, обусловленного электрическим током в контуре, и потока, обусловленного внешним магнитным полем), может принимать лишь дискретные значения, кратные кванту магнитного потока: $\textit Ф_0 = h/(2e) = 2,068·10^{–15}$ Вб ($h$ – постоянная Планка, $e$ – заряд электрона). В результате интерференции куперовских пар сверхпроводящий контур переходит в резистивное состояние, сопротивление которого детектируется. Именно поэтому чувствительный элемент называется СКВИД – сверхпроводящий квантовый интерферометр (от англ. Super-conducting Quantum Interference Device, SQUID). Существуют 2 основных типа СКВИДов – на постоянном (с двумя переходами Джозефсона) и на переменном токе (с одним переходом Джозефсона).

Рис. 1. Датчик СКВИД-магнитометра на постоянном токе: 1 – источник питания постоянного тока, 2 – сквид, 3 – контакт Джозефсона, 4 – сигнальная катушка, 5 – трансформатор магнитного потока, 6 – измерительная катушка, 7 – катушка обратной связи.Рис. 1. Датчик СКВИД-магнитометра на постоянном токе: 1 – источник питания постоянного тока, 2 – сквид, 3 – контакт Джозефсона, 4 – сигнальная катушка, 5 – трансформатор магнитного потока, 6 – измерительная катушка, 7 – катушка обратной связи.На рис. 1 представлен датчик СКВИД-магнитометра на постоянном токе (2), который включает в себя 2 контакта Джозефсона (3), включённые параллельно в цепь источника постоянного тока (1). Для расширения функциональных возможностей магнитометра чувствительный элемент (2) часто подключается ко вторичной (сигнальной) обмотке трансформатора магнитного потока (5), состоящего из соединённых в единую цепь сигнальной (4) и измерительной (6) катушек; его первичная (измерительная) обмотка может иметь различные конструкции. При изменении магнитного потока $Ф$ в контуре (в том числе при изменении в трансформаторе магнитного потока), за счёт интерференции индуцированного и протекающего тока $I_0$ начинает изменяться напряжение $U$, величина которого осциллирует пропорционально увеличению магнитного потока (рис. 2). Для расширения динамического диапазона используется сигнал обратной связи (7).Рис. 2. Зависимость напряжения на датчике СКВИД-магнитометра постоянного тока от магнитного потока.Рис. 2. Зависимость напряжения на датчике СКВИД-магнитометра постоянного тока от магнитного потока.

СКВИД-магнитометры постоянного тока обладают рекордно высокой чувствительностью, достигающей 5‧10^–33 Дж/Гц (чувствительность по магнитному полю 10^–18 Тл при усреднении сигнала за несколько суток). Важно, что чувствительность СКВИД-магнитометра не зависит от уровня сигнала, на фоне которого проводятся измерения, это позволяет надёжно регистрировать малые изменения магнитного потока на фоне большой статической величины.

Несколько меньшую чувствительность имеют СКВИД-магнитометры переменного тока, принцип действия которых показан на рис. 3. Здесь используют сверхпроводящее кольцо (2) с одним «слабым» контактом (3), возле которого размещают колебательный контур (7). Между ними возникает индуктивная связь. На колебательный контур от источника тока (1) поступает переменный ток с частотой, близкой к резонансной частоте контура. В этом случае импеданс контура становится очень чувствительным к изменениям внешнего магнитного потока, пронизывающего СКВИД. Как и в магнитометре постоянного тока, может использоваться трансформатор магнитного потока (5), состоящий из соединённых в цепь сигнальной (4) и измерительной (6) катушек; первичная (измерительная) обмотка может иметь различные конструкции. Выходным сигналом является падение амплитуды переменного напряжения на контуре.

Рис. 3. Датчик СКВИД-магнитометра на переменном токе: 1 – источник питания переменного тока, 2 – сквид, 3 – контакт Джозефсона, 4 – сигнальная катушка, 5 – трансформатор магнитного потока, 6 – измерительная катушка, 7 – колебательный контур.Рис. 3. Датчик СКВИД-магнитометра на переменном токе: 1 – источник питания переменного тока, 2 – сквид, 3 – контакт Джозефсона, 4 – сигнальная катушка, 5 – трансформатор магнитного потока, 6 – измерительная катушка, 7 – колебательный контур.Чувствительный элемент СКВИДа (сверхпроводящее кольцо со «слабыми» контактами) имеет небольшой размер (оптимальный – около 4 мм²), в силу этого его можно считать точечным; он достаточно широкополосный и позволяет проводить измерения в диапазоне от постоянных полей до переменных с частотой в несколько гигагерц. Высокая линейность зависимости выходного сигнала от внешнего магнитного поля обеспечивает высокую точность измерений. Определённым недостатком датчика СКВИД-магнитометра является необходимость нахождения его в сверхпроводящем состоянии. С появлением высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) и развитием технологии их производства стала возможной работа датчиков СКВИД-магнитометров при температурах жидкого азота. Это расширило круг их возможных применений. Открылась перспектива использования более простых, охлаждаемых жидким азотом или криокулером криостатов, имеющих меньшее расстояние между находящимся в низкотемпературном объёме датчиком СКВИД-магнитометра и внешней поверхностью криостата. Таким образом, облегчается изучение объектов, находящихся вне охлаждаемого объёма, что особенно важно, например, при биомагнитных исследованиях; при изучении локального распределения магнитной восприимчивости в геологических образцах или конструкционных материалах, различных дефектов и токов утечки в интегральных схемах, однородности намагниченности плёнок магнитных структур в спинтронике и т. д. Дополнительные возможности открывает совмещение СКВИД-магнитометрии со сканирующими методами, например, в микроскопии. При использовании трансформатора магнитного потока возможности СКВИД-магнитометра ещё больше расширяются: кроме величины магнитного поля появляется возможность определения величины пространственного градиента магнитного поля. Для этого измерительная катушка выполняется в виде системы двух одинаковых катушек с противоположной намоткой и разнесённых на некоторое расстояние.

СКВИД-магнитометры широко используются при исследовании магнитных характеристик вещества, содержащего незначительно количество магнитных примесей, микрограммовых образцов и плёнок толщиной в единицы нанометров. Высокая чувствительность СКВИД-магнитометров позволила реализовать на их основе магнитокардиографы и магнитоэнцефалографы. СКВИД-магнитометры применяют также в низкотемпературной термометрии, геофизике и геологии.