一、引言

超导量子干涉器件（Superconducting Quantum Interference Device, SQUID）是一种利用约瑟夫森效应实现极高灵敏度磁场测量的装置，其检测极限可达飞特斯拉级（fT），广泛应用于基础物理研究、生物磁信号检测、地质勘探等领域。本文将详细介绍其工作原理、系统构成及典型应用场景。

二、核心技术原理

约瑟夫森结与超导环结构

利用两个超导体通过薄绝缘层连接形成非线性电感元件。

磁通-电压响应机制

环路中磁通量变化引起干涉效应，导致输出电压周期性变化。

反馈控制与锁定放大技术

使用超导反馈线圈保持磁通稳定，提升动态范围与信噪比。

低温冷却与杜瓦封装设计

通常需液氦或闭循环制冷机维持超导状态，确保稳定性。

三、典型应用场景

脑磁图（MEG）研究

非侵入式记录大脑神经活动，用于癫痫灶定位、认知科学研究。

心磁图（MCG）检测

监测心脏电磁活动，辅助诊断心律失常与早期心脏病。

地磁异常探测

在矿产勘探、考古调查中识别地下金属物体与结构变化。

材料科学中的微弱磁性分析

如纳米颗粒、稀磁半导体的磁滞回线测量。

四、未来发展方向

高温SQUID研发

推动基于YBCO等高温超导材料的器件，降低冷却成本。

便携式SQUID系统开发

结合低温压缩机与柔性探头，拓展现场应用。

多通道同步采集与AI辅助源定位

提升空间分辨率与数据解析能力。