(57)【要約】【課題】核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光における自由誘導減衰信号（ＦＩＤ信号）を受信するための、高感度ソレノイド型プローブコイルを有するＮＭＲ計測用プローブ、および、これを備えるＮＭＲを提供すること。【解決手段】超電導薄膜を加工した超電導薄膜コイルと、パターン加工した超電導薄膜を形成した基板と、支持体、誘電体とでプローブコイルを構成する。超電導薄膜コイルと基板上に形成された超電導薄膜とを誘電体を介して対向配置し、容量結合により電気的に接続する。対向配置した超電導薄膜で形成するコンデンサ内の誘電体の挿入量を変化させ、容量値可変のトリマコンデンサを構成することで、同調と整合用のトリマコンデンサを含んだ共振回路の導体を全て超電導材料で構成したプローブコイルを形成する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
均一磁場中に置かれた試料に、所定の共鳴周波数で高周波信号を送信、および／または試料からの自由誘導減衰（ＦＩＤ）信号を受信するＮＭＲ装置であって、超電導薄膜をパターン加工した超電導薄膜コイルと、前記超電導薄膜コイルの一部と対向する超電導薄膜が形成された第１のキャパシタ電極板の基板と、前記第１のキャパシタ電極板の基板に形成された超電導薄膜と対向する超電導薄膜が形成された第２のキャパシタ電極板の基板と、前記第１、第２のキャパシタ電極板の基板に形成されたそれぞれの超電導薄膜間に配置される二つの誘電体基板、および、前記各要素を結合してプローブコイルを構成する支持体を備え、前記超電導薄膜コイルと前記第１、第２のキャパシタ電極板の基板に形成されたそれぞれの超電導薄膜が誘電体を介した容量性結合によって電気的に接続されて所定の回路を構成するとともに、前記二つの誘電体基板の位置をそれぞれ独立に変化させて、共振特性の同調および整合を行う共振回路を構成するプローブコイルを有することを特徴とするＮＭＲ装置。
【請求項２】
前記均一磁場が、２つに分割された超電導マグネットにより該超電導マグネットのボア方向に生成されるものであり、前記プローブコイルが前記超電導マグネットのボアに配置され、ＮＭＲ計測されるサンプルが前記超電導薄膜コイルの中心位置の開口に、前記分割された超電導マグネット間から挿入されるものである請求項１記載のＮＭＲ装置。
【請求項３】
前記均一磁場が、２つに分割された超電導マグネットにより該超電導マグネットのボア方向に生成されるものであり、前記プローブコイルが前記分割された超電導マグネット間に配置され、ＮＭＲ計測されるサンプルが前記超電導薄膜コイルの中心位置の開口に、前記分割された超電導マグネット間から挿入されるものである請求項１記載のＮＭＲ装置。
【請求項４】
前記均一磁場が、ひとつの超電導マグネットにより該超電導マグネットのボア方向に生成されるものであり、前記プローブコイルが前記超電導マグネットのボアに配置され、ＮＭＲ計測されるサンプルが前記超電導薄膜コイルの中心位置の開口に、前記超電導マグネットのボアから挿入されるものである請求項１記載のＮＭＲ装置。
【請求項５】
均一磁場中に置かれた試料に、所定の共鳴周波数で高周波信号を送信、および／または試料からの自由誘導減衰（ＦＩＤ）信号を受信するＮＭＲ装置に適用されるＮＭＲ計測用プローブであって、超電導薄膜をパターン加工した超電導薄膜コイルと、前記超電導薄膜コイルの一部と対向する超電導薄膜が形成された第１のキャパシタ電極板の基板と、前記第１のキャパシタ電極板の基板に形成された超電導薄膜と対向する超電導薄膜が形成された第２のキャパシタ電極板の基板と、前記第１、第２のキャパシタ電極板の基板に形成されたそれぞれの超電導薄膜間に配置される二つの誘電体基板、および、前記各要素を結合してプローブコイルを構成する支持体を備え、前記超電導薄膜コイルと前記第１、第２のキャパシタ電極板の基板に形成されたそれぞれの超電導薄膜が誘電体を介した容量性結合によって電気的に接続されて所定の回路を構成するとともに、前記二つの誘電体基板の位置をそれぞれ独立に変化させて、共振特性の同調および整合を行う共振回路を構成することを特徴とするＮＭＲ計測用プローブ。
【請求項６】
前記超電導薄膜コイルの超電導薄膜パターンは可とう性基板の一面に折り曲げられた二つのコイルを展開した形で形成され、冷却基板を挟みつけて折り曲げて形成され、該冷却基板は超電導薄膜を冷却するための冷熱を供給するコールドヘッドと連結される請求項５に記載されたＮＭＲ計測用プローブ。
【請求項７】
前記超電導薄膜は、前記均一磁場に対して膜面が平行方向に配置される請求項５に記載されたＮＭＲ計測用プローブ。
【請求項８】
前記超電導薄膜コイルの超電導薄膜パターンの一部がキャパシタ電極部とされ、前記第１のキャパシタ電極板の基板に形成された超電導薄膜の一部と誘電体を介して対向配置され、前記第１のキャパシタ電極板の基板に形成された超電導薄膜の他の部分と前記第２のキャパシタ電極板の基板に形成された超電導薄膜との間に前記二つの誘電体基板が配置される請求項５に記載されたＮＭＲ計測用プローブ。
【請求項９】
前記第１のキャパシタ電極板の基板に形成された超電導薄膜の他の部分に対向する基板の他面に常伝導薄膜の電極が形成され、前記第２のキャパシタ電極板の基板に形成された超電導薄膜に対向する基板の他面に常伝導薄膜の電極が形成され、それぞれの常伝導薄膜の電極に前記超電導薄膜コイルの検出した信号を検出するための検出回路に接続される常伝導の配線が接続される請求項８に記載されたＮＭＲ計測用プローブ。
【請求項１０】
前記超電導薄膜の材料は、金属Ｎｂ、あるいはＮｂＴｉ、Ｎｂ３Ａｌ、などのＮｂ化合物、もしくはＰｂあるいはＰｂＩｎなどの鉛合金、もしくはＹＢＣＯなどの銅酸化物系超電導体、あるいは二硼化マグネシウム（ＭｇＢ２）のいずれかであるとともに、前記基板の材料は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ＬａＡｌＯ３、ＬＳＡＴ、ＭｇＯ、ＡｌＮ、ポリイミド、ポリテトラフルオロチレンのいずれかである請求項５に記載されたＮＭＲ計測用プローブ。
【請求項１１】
前記プローブコイルがソレノイド型とされている請求項５に記載されたＮＭＲ計測用プローブ。
【請求項１２】
均一磁場中に置かれた試料に、所定の共鳴周波数で高周波信号を送信、および／または試料からの自由誘導減衰（ＦＩＤ）信号を受信するＮＭＲ装置に適用されるＮＭＲ計測用プローブであって、超電導薄膜をパターン加工した超電導薄膜コイルと、前記超電導薄膜コイルの一部と対向する超電導薄膜が形成されたキャパシタ電極板の基板と、前記超電導薄膜コイルと前記キャパシタ電極板の基板に形成された超電導薄膜との間に配置される二つの誘電体基板、および、前記各要素を結合してプローブコイルを構成する支持体を備え、前記超電導薄膜コイルと前記キャパシタ電極板の基板に形成された超電導薄膜が誘電体を介した容量性結合によって電気的に接続されて所定の回路を構成するとともに、前記二つの誘電体基板の位置をそれぞれ独立に変化させて、共振特性の同調および整合を行う共振回路を構成することを特徴とするＮＭＲ計測用プローブ。
【請求項１３】
前記超電導薄膜コイルの超電導薄膜パターンは可とう性基板の一面に展開した形で形成されたサドル型のパターンとされ、前記可とう性基板は前記超電導薄膜を冷却するための冷熱を供給するコールドヘッドに直結された中空円柱の外面に貼り付けられた請求項１２に記載されたＮＭＲ計測用プローブ。
【請求項１４】
前記超電導薄膜は、前記均一磁場に対して膜面が平行方向に配置される請求項１２に記載されたＮＭＲ計測用プローブ。
【請求項１５】
前記超電導薄膜コイルの超電導薄膜パターンの一部が三つのキャパシタ電極部とされ、これらのうちの二つと前記キャパシタ電極板の基板の一面に形成された超電導薄膜の一部とが誘電体を介して対向配置され、前記キャパシタ電極板の基板の他面に形成された常伝導薄膜の電極と、前記超電導薄膜コイルの超電導薄膜パターンの他の一つのキャパシタ電極部に対応する位置に前記キャパシタ電極板の基板の他面に常伝導薄膜の他の電極が形成された請求項１３に記載されたＮＭＲ計測用プローブ。
【請求項１６】
前記常伝導薄膜の電極のそれぞれに前記超電導薄膜コイルの検出した信号を検出するための検出回路に接続される常伝導の配線が接続される請求項１５に記載されたＮＭＲ計測用プローブ。
【請求項１７】
前記超電導薄膜の材料は、金属Ｎｂ、あるいはＮｂＴｉ、Ｎｂ３Ａｌ、などのＮｂ化合物、もしくはＰｂあるいはＰｂＩｎなどの鉛合金、もしくはＹＢＣＯなどの銅酸化物系超電導体、あるいは二硼化マグネシウム（ＭｇＢ２）のいずれかであるとともに、前記基板の材料は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ＬａＡｌＯ３、ＬＳＡＴ、ＭｇＯ、ＡｌＮ、ポリイミド、ポリテトラフルオロチレンのいずれかである請求項１２に記載されたＮＭＲ計測用プローブ。
【請求項１８】
前記超電導薄膜コイルの超電導薄膜パターンは可とう性基板の一面に展開した形で形成されたバードケージ型のパターンとされ、前記可とう性基板は前記超電導薄膜を冷却するための冷熱を供給するコールドヘッドに直結された中空円柱の外面に貼り付けられた請求項１２に記載されたＮＭＲ計測用プローブ。
【請求項１９】
前記超電導薄膜コイルの超電導薄膜パターンの一部が六つのキャパシタ電極部とされ、これらのうちの五つの電極部と前記キャパシタ電極板の基板の一面に形成された三つの超電導薄膜とが誘電体を介して対向配置され、前記キャパシタ電極板の基板の他面に形成された常伝導薄膜の電極と、前記超電導薄膜コイルの超電導薄膜パターンの他の一つのキャパシタ電極部に対応する位置に前記キャパシタ電極板の基板の他面に常伝導薄膜の他の電極が形成された請求項１８に記載されたＮＭＲ計測用プローブ。
【請求項２０】
前記常伝導薄膜の電極のそれぞれに前記超電導薄膜コイルの検出した信号を検出するための検出回路に接続される常伝導の配線が接続される請求項１９に記載されたＮＭＲ計測用プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は核磁気共鳴装置（以下ＮＭＲ装置と表記する）に係り、均一磁場中に置かれた試料に対して所定の共鳴周波数で高周波信号を送信、および／もしくは、自由誘導減衰信号（ＦＩＤ信号）を受信するために用いるプローブコイルの形状および実装のための構造に特徴を有するＮＭＲ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光計測は、物質の原子レベルの情報を得ることができ、化合物の構造を知るために優れた計測手法である。計測の基本原理は、均一な静磁場中に置かれた試料に高周波磁場を照射し、励起された原子核スピンからの応答信号を受信、解析する。高分解能の計測には、均一な高磁場（Ｂ０）を発生可能な超電導磁石を有するＮＭＲ装置が用いられる。現在、タンパク質の立体構造解析を主要な目的として、２１．６Ｔ（９２０ＭＨｚ）のＮＭＲ装置が作られている。
【０００３】
タンパク質の解析においては、試料が少量であるため、発生する自由誘導減衰信号（ＦＩＤ信号）強度が微弱である。そのため、ＦＩＤ信号を受信するためのプローブには高い感度が必要である。特許文献１（米国特許５，２４７，２５６号明細書）に示されているように、プローブの高感度化のためには、プローブを低温下で使用することにより、熱雑音を低減する方法が知られている。さらに、プローブコイルに超電導材料を適用することが高感度化のための有効な手段である。超電導材料は、銅などの常伝導材料と比較して高周波損失抵抗が２桁以上低い。そのため、超電導材料を用いることによりプローブコイルの損失抵抗が低減し、高感度の受信が可能となる。プローブコイルに超電導材料を用いた例は、特許文献２（米国特許５，５８５，７２３号明細書）に示されている。
【０００４】
プローブコイルに用いられる超電導体は平面基板上に形成された薄膜であり、その膜面は静磁場方向に対して平行になるよう配置される。これは、超電導体の持つ完全反磁性の性質により、静磁場の均一度が劣化するのを抑制するためである。一般的なＮＭＲ装置では静磁場は鉛直方向に発生される（鉛直型ＮＭＲ装置）。試料の入ったサンプル管は鉛直方向から挿入され、サンプル管を取り囲む形で超電導薄膜基板が配置される。そのため、従来技術における超電導体を用いたプローブコイルは、平面対向（ヘルムホルツ）型、鞍（サドル）型、鳥篭（バードケージ）型の形状をとる。バードケージ型のプローブコイルの例は特許文献３（特許第３，０６６，３５９号明細書）に示されている。一方、水平方向に静磁場を発生するＮＭＲ装置（水平型ＮＭＲ装置）では、ソレノイド型のプローブコイルが適用できる。また、ソレノイド型のプローブコイルは、ヘルムホルツ型、サドル型、バードケージ型と比べ充填率（filling factor）が高く、より感度を向上できる。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５，２４７，２５６号明細書
【特許文献２】米国特許第５，５８５，７２３号明細書
【特許文献３】特許第３，０６６，３５９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光における自由誘導減衰（ＦＩＤ）信号を受信するプローブコイルの高感度化を実現したＮＭＲ装置および計測用プローブを提供することを目的とする。
【０００７】
超電導体を用いたプローブコイルに関する従来技術において、超電導体はプローブコイルを構成する導体の一部に適用され、それ以外の部分には常伝導材料が用いられていた。これは、プローブコイルに用いる超電導体が平面基板もしくは曲面基板上に形成された薄膜であり、任意のコイル形状を構成することが困難であったためである。とくに、個々の超電導薄膜同士を超電導特性を損なわずに電気的に接続することは困難である。また、プローブコイルには、共振特性の同調と整合を行うための容量値可変コンデンサ（トリマコンデンサ）が接続される。信号検出感度は、プローブコイル、トリマコンデンサ、配線で構成される共振回路のループに含まれる全ての抵抗損失に依存する。したがって、信号検出感度を飛躍的に向上させるためには、トリマコンデンサ、配線を含めた共振回路の導体をすべて超電導体で構成することが望ましい。
【０００８】
さらに、平面基板に形成された超電導薄膜を用いる場合、円筒型の試料管形状に沿ってプローブコイルを形成することができず、プローブコイルの充填率が低下する。より高い信号検出感度を得るためには、プローブコイルをできるだけ試料管に密着させる形状で構成することが望ましい。
【０００９】
また、プローブコイルを超電導材料によって形成した場合には、さらに、冷却機構が必要となる。本発明のより詳細な目的は、冷却機構、高周波磁場の印加およびＦＩＤ信号の受信を含んだプローブの伝熱冷却、電気的接続、および組み立て性を考慮したプローブの構成を備えたＮＭＲ装置および計測用プローブの構成を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では高感度ＮＭＲ装置を実現するために以下の構成を適用する。
【００１１】
まず、均一な強磁場（Ｂ０）を発生させるために、２つに分割されたスプリット型超電導マグネット、もしくは円筒型超電導マグネットを用いる。分割されたスプリット型超電導マグネット間、もしくは円筒型超電導マグネット内の均一な強磁場の領域に共鳴周波数の高周波信号を印加するプローブコイル（送信プローブコイル）を設ける。さらに、印加した高周波信号に対する試料からの核磁気共鳴信号を受信するプローブコイル（受信プローブコイル）を設ける。
【００１２】
スプリット型超電導マグネットを採用する場合、受信プローブコイルは、可とう性の基板上にパターン加工した超電導薄膜をサファイア基板上に貼り付けて形成するソレノイド型コイルを要素コイルとする。これを複数層積層するとともに要素コイル間を電気的に接続して必要なコイルを構成する。各要素コイル間は、サファイア基板上に加工された超電導薄膜と、誘電体を介した容量性結合によって電気的に接続する。さらに、サファイア基板上に加工された超電導薄膜同士を対向配置し、その間に複数の誘電体を挿入して、同調用、整合用のトリマコンデンサを構成する。対向した超電導薄膜の間の空間における誘電体の挿入量を変化させることにより、同調用、整合用に必要な容量値をそれぞれ独立に調整する。また、これらトリマコンデンサと要素コイルとをつなぐ配線もサファイア基板上に加工された超電導薄膜で形成する。
【００１３】
円筒型超電導マグネットを採用する場合、受信プローブコイルにはサドル型コイルや、バードケージ型コイルを適用する。これらのコイルもソレノイド型プローブコイルと同様に、可とう性の基板上にパターン加工した超電導薄膜をサファイアの支持体に貼り付けて形成する。また、トリマコンデンサや配線についても、ソレノイド型プローブコイルと同様に形成する。
【００１４】
なお、送信プローブコイルと受信プローブコイル両者の機能を１つの超電導プローブコイルで実行させる場合もある。また、基板をサファイアに代えて、窒化アルミ（ＡｌＮ）等の材料とすることもできる。
【００１５】
冷却機構は、無酸素銅もしくはサファイアを、もしくは、これらの組み合わせによる部材を、熱交換器に接続もしくは液体ヘリウムに浸漬して冷却し、前記部材にサファイアで構成するコールドヘッドを接続した構成とする。コールドヘッドに上記プローブコイルを結合させてプローブコイルの冷却を行う。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、スプリット型超電導マグネットおよび円筒型超電導マグネットに適用可能な超電導プローブコイルを有するＮＭＲ計測装置が実現できる。プローブコイルの各要素コイルは、可とう性基板上に加工された超電導薄膜をサファイアの基板もしくは支持体に貼り付けて形成するので、製作も容易である。
【００１７】
本発明では、プローブコイルの冷却と超電導化により、熱雑音および表面抵抗の低減が図られ、感度の向上が実現できる。また、ソレノイド型コイルの形状により充填率が上がり、結果として感度が向上する。さらに、サドル型、バードケージ型のコイルにおいても、可とう性基板の使用により試料管の形状に沿ってコイルを形成するため充填率が上がり感度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）装置に関わり、均一磁場中に置かれた試料に対して、所定の共鳴周波数で高周波信号を送信、および自由誘導減衰（ＦＩＤ）信号を受信するためのプローブコイルの形状と実装のための構造に関する。
【００１９】
本発明のＮＭＲ装置の代表的な構成を図１を参照して説明する。図１（Ａ）は、本発明の対象であるＮＭＲ装置の主要構成部の概略を、プローブコイル２５をスプリット型超電導マグネットのボアから挿入する方法で配置したものとした例を示す斜視図、図１（Ｂ）は、本発明の対象であるＮＭＲ装置の主要構成部の概略を、プローブコイル２５を試料管３０と同じ方向（静磁場と垂直方向）から挿入する方法で配置したものとした例を示す斜視図である。２つに分割された超電導マグネット１０−１、１０−２により、一点鎖線で示す中心線に沿って、１４．１テスラ（Ｔ）の均一磁場（静磁場）を発生させる。これを矢印Ｂ０で示す。試料管３０は内部に試料３１を収納して、静磁場に対して垂直な方向（図中ｚ軸方向）から挿入される。試料３１からの信号を検出するソレノイド型超電導プローブコイル（アンテナコイル）２５を実装した低温プローブ２０は、静磁場と同じ方向（図１（Ａ））もしくは試料管３０と同じ方向（図１（Ｂ））から挿入されている。
【００２０】
低温プローブ２０は、超電導薄膜コイル４０を備えた超電導プローブコイルコイル２５と、冷熱源となる冷凍機先端部の熱交換器２２と、それらを接続する無酸素銅のコールドリード２３により構成される。本発明では、超電導プローブコイルコイル２５と、冷熱源となる冷凍機先端部の熱交換器２２と、それらを接続する無酸素銅のコールドリード２３を含めた部分を低温プローブ２０と呼ぶことにする。
【００２１】
図２は、本発明に採用できるプローブコイル２５の構成を模式的に示す斜視図である。試料に高周波数の信号を送信する送信用プローブコイル１８と、試料の出力信号を検出する受信用プローブコイル４０とからなる。受信用プローブコイル４０の方が送信用プローブコイル１８よりも高い感度を必要とするため、受信用プローブコイル４０は高感度を実現できる超電導薄膜で形成したソレノイドコイルとした。これに対して、送信用プローブコイル１８は常伝導金属で、受信用プローブコイルを外側から取り囲むサドル型コイルとした。静磁場は水平方向（ｘ軸方向）に印加し、ソレノイドコイルは試料から出力した磁気モーメントのうち鉛直方向（ｚ軸方向）の成分を検出する。
【００２２】
４０−１，４０−２は、超電導薄膜で形成され、それぞれ２ターンのソレノイド型受信コイルである。ここでは、２ターンの受信用コイルが平行して２個設けられる。配線４５−１，４５−２，４５−３，４５−４は超電導薄膜で形成され、２つの２ターンソレノイド型コイル４０−１，４０−２をキャパシタを介して並列に接続する。これにより、試料からの信号を受信する２ターン、２パラレルの共振回路を有する受信用プローブコイルが形成される。図の例では、受信用プローブコイルには、常伝導金属の引き出し配線１５−１，１５−２を介して検出回路１２が接続される受信用コイル４０の空間部に試料管３０が挿入される。
【００２３】
１８−１〜１８−１０は送信用プローブコイルのコイル片であり、鞍型コイルを形成するように組み立てられている。送信用プローブコイルは、実質的に、コイル片１８−１，１８−３，１８−５および１８−８が構成する１ターンのコイルと、コイル片１８−２，１８−４，１８−６および１８−７が構成する１ターンのコイルとで受信用プローブコイル４０を取り囲む１ターンのコイルの２個並列接続とされている。送信用プローブコイル１８には、それぞれの１ターンのコイルを接続するコイル片１８−９および１８−１０から常伝導金属の引き出し配線１７−１，１７−２を介して送信回路１３から大きなパルス電流を印加し、受信用プローブコイルの形成する空間部に挿入されている試料に静磁場と直交する成分の磁気モーメントを生じさせる。この静磁場と直交する成分の磁気モーメントは次第に緩和するが、その時、試料から出力される信号を受信用プローブコイル４０により受信する。
【００２４】
受信用プローブコイル４０は、同調と整合用のトリマコンデンサ（ＣＴ、ＣＭ）とコイル４０−１，４０−２のインダクタ（Ｌ）−配線４５−１，４５−２，４５−３，４５−４との間のキャパシタ（Ｃ）で共振回路を構成するが、検出感度を高めるためには、そのＬＣ共振回路のＱ値を高める必要がある。Ｑ値を高めるためにはＬＣ共振回路に含まれる寄生抵抗を低減する必要があり、本発明では同調と整合用のトリマコンデンサ（ＣＴ、ＣＭ）を含めソレノイドコイル４０の全部を超電導体で構成した。
【００２５】
高い感度を実現するためには、磁場の均一度を高める必要があるが、超電導体は完全反磁性という性質を有し、−１／４πという大きな磁化率を有する。そこで、実施例１では、磁場分布を乱さないように、超電導体はできるだけ磁力線と鎖交しないように配置した。すなわち、平面基板上に超電導薄膜４０−１，４０−２を貼り付けて２ターンコイルを形成し、これらの基板を積層し、ソレノイド型プローブコイルを構成したが、このとき基板の法線が静磁場の方向と直交するように配置して、磁力線と鎖交する超電導体は超電導薄膜の厚さの小さな部分のみとした。
【００２６】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【００２７】
（実施例１）
図３は本願発明の実施例１におけるＮＭＲ計測用ソレノイド型プローブコイルの構成要素を、組み立て前の状態で示す図である。実施例１においては、説明を簡略化するために送信コイルについては省略する。図４は超電導薄膜コイル４０−１を説明する図であり、図４（Ａ），（Ｂ）は超電導薄膜コイル４０−１，４０−２が形成された可とう性基板９０−１，９０−２の上面図、図４（Ｃ）はその可とう性基板９０−１を冷却基板５０−１に貼り付けた状態を示す斜視図である。図５は第１キャパシタ電極板１１を説明する図であり、図５（Ａ）は、超電導薄膜４１−１，４１−２が形成された基板１１の上面図、図５（Ｂ）は、それを裏側から見た状態を示す上面図、図５（Ｃ）は、図５（Ａ）、（Ｂ）のＣ−Ｃ'位置における矢印方向から見た断面図である。図６は第２キャパシタ電極板５２を説明する図であり、図６（Ａ）は、超電導薄膜４２が形成された基板１４の上面図、図６（Ｂ）は、それを裏側から見た状態を示す上面図、図６（Ｃ）は、図６（Ａ）、（Ｂ）のＤ−Ｄ'位置における矢印方向から見た断面図である。これらを参照しながら構成要素について説明する。
【００２８】
２ターンコイル４０−１，４０−２は２つの可とう性基板９０−１，９０−２の一面に形成される。それぞれのコイル４０−１，４０−２について具体例を図４に示す。図４（Ａ），（Ｂ）は超電導薄膜コイル４０−１，４０−２が形成された可とう性基板９０−１，９０−２の上面図、図４（Ｃ）はその可とう性基板９０−１を冷却基板５０−１に貼り付けた状態を示す斜視図である。超電導薄膜コイル４０−１の作製方法について説明する。まず、可とう性基板９０−１上に、蒸着法によって膜厚３００ｎｍのＭｇＢ２超電導薄膜を成膜する。可とう性基板の材料には、ＮＭＲ計測のノイズ源となるプロトンを含まない有機材料のポリテトラフルオロチレンを使用する。次にホトリソグラフィーと電子サイクロトロン共鳴エッチングにより、図４（Ａ），（Ｂ）に示す形状で超電導薄膜コイル４０−１，４０−２をパターン加工する。電導薄膜コイル４０−１，４０−２のパターンは二つの円形コイルと、それぞれの円形コイルの巻き始め部と巻き終わり部とを接続する接続線４０−１ａ，４０−２ａとそれぞれの円形コイルの他端に接続されるキャパシタ電極部４０-１ｂ，４０−１ｃ，４０−２ｂ，４０−２ｃからなるものとされる。最後に、可とう性基板９０−１，９０−２に、試料の入った試料管３０を通すための開口８４−１，８４−２およびネジ留め用の孔８２−１，８２−２，８２−３，８２−４をあける。
【００２９】
以上のように作製した超電導薄膜コイル４０−１，４０−２を有する可とう性基板９０−１，９０−２を、Ａ−Ａ’を結ぶ一点鎖線およびＢ−Ｂ’を結ぶ一点鎖線の位置で折り曲げて図４（Ｃ）に示すように冷却基板５０−１に貼り付ける。接着には、含まれる水素を重水素に置換した接着剤、およびインジウムを使用する。冷却基板５０−１，冷却基板５０−２には試料の入った試料管３０を通すための開口６１−１，６１−２およびネジ留め用の孔６６−３，６６−４（図示しない）をあける。なお、超電導薄膜コイル４０−１，４０−２は、図４（Ａ），（Ｂ）を対比して分かるように左右対称のパターンとする。
【００３０】
第１キャパシタ電極板５１は、基板１１の一面に所定の超電導薄膜のパターンが形成され、他面に所定の常伝導薄膜のパターンが形成される。図５（Ａ）は、超電導薄膜４１−１，４１−２が形成された基板１１の上面図、図５（Ｂ）は、それを裏側から見た状態を示す上面図、図５（Ｃ）は、図５（Ａ）、（Ｂ）のＣ−Ｃ'位置において矢印方向に見た断面図である。なお、図５（Ｂ）においては、基板１１の裏側にあり、本来は見えない超電導薄膜４１−１，４１−２を理解しやすいように破線で示した。
【００３１】
図５（Ａ）に示すように、基板１１の一面（表側）に、冷却基板５０−１、冷却基板５０−２に貼り付けられた２つの２ターンコイルのキャパシタ電極部４０-１ｂ，４０−１ｃ，４０−２ｂ，４０−２ｃに対向する電極部およびトリマコンデンサＣＴ，ＣＭの片側の電極を形成するための超電導薄膜４１−１，４１−２が形成される。一方、図５（Ｂ）に示すように基板１１の他の一面（裏側）には超電導薄膜４１−２の一部と対向する位置に常伝導薄膜の電極９１が形成されている。図５（Ａ），（Ｂ）には、２つの２ターンコイルのキャパシタ電極部４０-１ｂ，４０−１ｃ，４０−２ｂ，４０−２ｃに対向する位置を同じ参照符号を付して一点鎖線で示す。さらに、トリマコンデンサＣＴ，ＣＭの片側の電極となる位置を参照符号ＣＴ−１，ＣＭ−１を付して一点鎖線で囲って示す。図５（Ｃ）に示すように基板１１の一面に超電導薄膜４１−１，４１−２が形成され、基板１１の他面に、超電導薄膜４１−２の領域のうち、２つの２ターンコイルのキャパシタ電極部４０-１ｂ，４０−１ｃ，４０−２ｂ，４０−２ｃに対向する領域、トリマコンデンサＣＴ，ＣＭの片側の電極となるＣＴ−１，ＣＭ−１の領域を除く領域に対応する位置に常伝導薄膜の電極９１が形成されていることがわかる。
【００３２】
図５（Ａ），（Ｂ）と図２、図４を対比して分かるように、超電導薄膜４１−１により、２ターンコイルの配線４５−２，４５−４およびトリマコンデンサＣＭの片側の電極とが接続されたものとなることが分かる。また、超電導薄膜４１−２により、２ターンコイルの配線４５−１，４５−３およびトリマコンデンサＣＴの片側の電極が接続されたものとなることが分かる。さらに、常伝導薄膜の電極９１には、図２において示した常伝導引き出し配線１５−１を接続する。
【００３３】
超電導薄膜４１−１，４１−２および電極９１の作製方法について説明する。まず、基板１１の一面上に、蒸着法によって膜厚３００ｎｍのＭｇＢ２超電導薄膜を成膜する。基板の材料はサファイアを使用する。次に、ホトリソグラフィーと電子サイクロトロン共鳴エッチングにより、図５（Ａ）に示す形状に超電導薄膜をパターン加工する。続いて、基板１１の他面にメタルマスクを用いた蒸着法により、Ｔｉ，Ｐｔ，Ａｕを連続して成膜しＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉの積層構造の電極を形成する。電極の膜厚は１〜２μｍとする。
【００３４】
第２キャパシタ電極板５２は、基板１４の一面に所定の超電導薄膜のパターンが形成され、他面に所定の常伝導薄膜のパターンが形成される。図６（Ａ）は、超電導薄膜４２が形成された基板１４の上面図、図６（Ｂ）は、それを裏側から見た状態を示す上面図、図６（Ｃ）は、図６（Ａ）、（Ｂ）のＤ−Ｄ'位置において矢印方向に見た断面図である。なお、図６（Ｂ）においては、基板１４の裏側にあり、本来は見えない超電導薄膜４２を理解しやすいように破線で示した。
【００３５】
図６（Ａ）に示すように、基板１１の一面（表側）に形成されたトリマコンデンサＣＴ，ＣＭの片側の電極ＣＴ−１，ＣＭ−１に対向するトリマコンデンサＣＴ，ＣＭのもう一つの片側の電極ＣＴ−２，ＣＭ−２を形成するための超電導薄膜４２が形成される。一方、図６（Ｂ）に示すように基板１４の他の一面（裏側）には超電導薄膜４２の一部と対向する位置に常伝導薄膜の電極９２が形成されている。図６（Ａ），（Ｂ）には、トリマコンデンサＣＴ，ＣＭの片側の電極ＣＴ−１，ＣＭ−１となる位置を参照符号ＣＴ−２，ＣＭ−２を付して一点鎖線で囲って示す。図６（Ｃ）に示すように基板１４の一面に超電導薄膜４２が形成され、基板１４の他面に超電導薄膜４２のトリマコンデンサＣＴ，ＣＭの片側の電極となるＣＴ−２，ＣＭ−２の領域を除く領域に対応する位置に常伝導薄膜の電極９２が形成されていることがわかる。この電極９２には、図３において示した常伝導引き出し配線１５−２を接続する。超電導薄膜４２と、電極９２の作製方法は、超電導薄膜４１−１，４１−２、および電極９１と同様である。最後に、ネジ留め用の孔８０−１，８０−２をレーザ光照射によって加工した。
【００３６】
図３には、上記の他、２つの２ターンコイルのキャパシタ電極部４０-１ｂ，４０−１ｃ，４０−２ｂ，４０−２ｃと第１キャパシタ電極板５１の基板１１に形成されたこれらの領域に対向する基板１１の超電導薄膜４１−２，４１−２との間を容量結合するための誘電体５３、第１キャパシタ電極板５１の基板１１に形成された超電導薄膜４１−２のトリマコンデンサＣＭの片側の電極となるＣＭ−１の領域と第２キャパシタ電極板５２の基板１４に形成された超電導薄膜４２のトリマコンデンサＣＭの片側の電極となるＣＭ−２の領域との間を容量結合するための誘電体５４、第１キャパシタ電極板５１の基板１１に形成された超電導薄膜４１−２のトリマコンデンサＣＴの片側の電極となるＣＴ−１の領域と第２キャパシタ電極板５２の基板１４に形成された超電導薄膜４２のトリマコンデンサＣＴの片側の電極となるＣＴ−２の領域との間を容量結合するための誘電体５５、誘電体５４，５５の位置を調節するためのシャフト７４−１，７４−２、スペーサ７３−１，７３−２、常伝導引き出し配線１５−１，１５−２を支持固定する支持体７０，７１、固定補助板７２−１，７２−２，コールドヘッド２１、冷却基板５０−１、冷却基板５０−２、固定補助板７２−１，７２−２およびスペーサ７３−１，７３−２には試料管を挿入するための開口６０，６１−１，６１−２，６２−１，６２−２，８５−１，８５−２が示されている。コールドヘッド２１には常伝導引き出し配線１５−２を通すための溝が形成されている。これらについては以下の組み立て過程の中で説明される。
【００３７】
次に、これらの構成要素を組み立てて形成するプローブコイルの構造について説明する。図７（Ａ）は組み立ての第１過程を示す斜視図である。超電導薄膜コイル４０−１，４０−２を形成した可とう性基板９０−１，９０−２を貼り付けた冷却基板５０−１、冷却基板５０−２を支持体７１を中心として積層する。スペーサ７３−２をこの積層体の下側に付ける。コールドヘッド２１を冷却基板５０−１、冷却基板５０−２の端面に密着させて、例えば、インジウムを溶着させて貼り付ける。支持体７１の側面部は冷却基板５０−１、冷却基板５０−２、スペーサ７３−２およびコールドヘッド２１の外側の側面の位置決めに利用する。ここでは離れて見えるが、冷却基板５０−１、冷却基板５０−２の可とう性基板９０−１，９０−２を貼り付けた位置よりやや後退した部分とコールドヘッド２１の内側の側面に、第２キャパシタ電極板５２の超電導薄膜４２が形成された基板１４を取り付けネジ孔８０−１，８０−２，８１−１及び８１−２を使って固定する。
【００３８】
図７（Ｂ）は組み立ての第２過程を示す斜視図である。第２キャパシタ電極板５２の基板１４上の超電導薄膜４２に対向して、誘電体５４，５５を組み立て、さらに、２つの超電導薄膜コイル４０−１，４０−２のキャパシタ電極部４０-１ｂ，４０−１ｃ，４０−２ｂ，４０−２ｃに対向して誘電体５３を組み付けた状態である。誘電体５４，５５には、その位置を調節するためのシャフト７４−１，７４−２が取り付けられている。
【００３９】
図８（Ａ）は組み立ての第３過程を示す斜視図である。第１キャパシタ電極板５１の基板１１を誘電体５３の外側に組み付けた状態である。基板１１の超電導薄膜４１−１，４１−２は、基板１１の誘電体５３側に形成されているため本来は見えないが理解しやすいように破線で示した。電極９１は基板１１の外側に見えている。ここで、図５（Ｂ）を参照すれば容易に分かるように、２つの超電導薄膜コイル４０−１，４０−２のキャパシタ電極部４０-１ｂ，４０−１ｃ，４０−２ｂ，４０−２ｃは誘電体５３を挟んで超電導薄膜４１−１，４１−２と対向するから、これらが形成するキャパシタを介して参照符号ＣＴ−１，ＣＭ−１を付して一点鎖線で囲って示すトリマコンデンサＣＴ，ＣＭの片側の電極と接続されることになる。同時に、図では見えないが、超電導薄膜４１−１，４１−２の参照符号ＣＴ−１，ＣＭ−１を付して一点鎖線で囲って示すトリマコンデンサＣＴ，ＣＭの片側の電極の位置と、それに対向する第２キャパシタ電極板５２の基板１４の超電導薄膜４２の参照符号ＣＴ−２，ＣＭ−２を付して一点鎖線で囲って示すトリマコンデンサＣＴ，ＣＭの他の片側の電極の位置とが誘電体５４，５５を介して対向しトリマコンデンサＣＴ，ＣＭを構成することが分かる。誘電体５４，５５の位置はシャフト７４−１，７４−２の操作によって出し入れできるから、トリマコンデンサＣＴ，ＣＭの電極の面に対して有効な面積が変わり、キャパシタンスを変化させることができる。
【００４０】
図８（Ｂ）は組み立ての最終過程を示す斜視図である。図８（Ａ）の状態に、冷却基板５０−１の上側にスペーサ７３−１を積層し、支持体７０と、固定補助板７２−１，７２−２（これは見えていない）を組み立てて完成するプローブコイルの斜視図である。固定補助板７２−１，７２−２と、スペーサ７３−１，７３−２と、冷却基板５０−１、冷却基板５０−２と、支持体７１は、ネジ留め用の孔（図に示される固定補助板７２−１においては６８−１，６８−２，６８−３）を通してｚ軸方向にネジ留めして固定される。さらに、それら全体を左右から支持体７０，７１で挟み、ネジ留めして固定する。（例えば６４−１と６５−１を通して支持体７０と７１をネジ留めする。）また、ここでは図示されていないが、支持体７０には第２キャパシタ電極板５２の基板１４との接続面に誘電体５４，５５の位置を調節するためのシャフト７４−１，７４−２を通すための溝が形成されている。
【００４１】
図７（Ａ）、図８（Ｂ）を参照して分かるように、超電導薄膜による磁場の擾乱を抑制するために、超電導薄膜コイル４０−１，４０−２、および第１キャパシタ電極板５１の超電導薄膜４１−１，４１−２、第２キャパシタ電極板５２の超電導薄膜４２は、静磁場Ｂ０と平行に配置される。
【００４２】
図８（Ｂ）に示すように、支持体７０，７１およびコールドヘッド２１の外側の端面には冷却源となる熱交換器２２が接続される。超電導薄膜コイル４０−１，４０−２は支持体７１を介した伝熱で冷却される。超電導薄膜４１−１，４１−２は、支持体７０と第１キャパシタ電極板５１の基板１１を介した伝熱で冷却される。第２キャパシタ電極板５２の超電導薄膜４２は、コールドヘッド２１と熱的に接続されている基板１４によって冷却される。いずれの超電導薄膜も約５Ｋに冷却される。各構成要素を組み立てる際には、伝熱効率を上げるために接続部にインジウムを溶着させる。
【００４３】
また、試料３１が収納された試料管３０は、ｚ軸方向から各構成要素に形成された開口（図８（Ｂ）には固定補助板７２−１の開口６２−１が示されている）を通して挿入される。
【００４４】
図９はプローブコイルをｚ軸方向から見た上面図である。理解しやすいように固定補助板７２−１、スペーサ７３−１、支持体７０，７１、誘電体５４，５５に接続するシャフト７４−１，７４−２を取り除いて示した。超電導薄膜コイル４０−１のキャパシタ電極部４０−１ｂ，４０−１ｃは、誘電体５３を介して超電導薄膜４１−１，４１−２と対向配置される。超電導薄膜コイル４０−２については図示されていない。同様に超電導薄膜４２は、誘電体５５を介して超電導薄膜４１−１と、さらに誘電体５４を介して超電導薄膜４１−２と対向配置される。常伝導薄膜の電極９１は、第１キャパシタ電極板５１の基板１１を介して超電導薄膜４１−１と対向配置される。同様に、常伝導薄膜の電極９２も第１キャパシタ電極板５２の基板１４を介して超電導薄膜４２と対向配置される。基板１１、１４の材料は誘電体のサファイアである。以上のように、超電導薄膜同士、および超電導薄膜と常伝導薄膜の電極が誘電体を介して対抗配置されることにより、プローブコイルの共振回路を構成する導体同士が容量結合で電気的接続される。また、常伝導引き出し配線１５−１，１５−２を、それぞれ常伝導薄膜の電極９１、９２に接続し、プローブコイルと検出回路を電気的に接続する。
【００４５】
図１０（Ａ）は、超電導薄膜コイル４０−１，４０−２が超電導薄膜４１−１，４１−２によって接続される状態をｙ軸方向からみた側面図である。理解しやすいようにその他の構成要素は取り除いて示す。また、超電導薄膜コイル４０−１，４０−２については、超電導薄膜４１−１，４１−２と電気接続される部分のみを示し、ターン形状の部分は省略した。超電導薄膜コイル４０−１，４０−２のキャパシタ電極部４０-１ｂ，４０−１ｃ，４０−２ｂ，４０−２ｃと容量結合により電気接続された超電導薄膜４１−１，４１−２は、超電導薄膜４２と容量結合により電気的に接続される。
【００４６】
図１０（Ｂ）は、組み立てたプローブコイルにおいて、超電導薄膜と常伝導薄膜の電極の配置を模式的に示した斜視図である。薄膜同士が重なる部分については、奥側の薄膜の境界を破線で示した。図からわかるように、トリマコンデンサＣＴの電極ＣＴ−１，ＣＴ−２が対向し、トリマコンデンサＣＭの電極ＣＭ−１，ＣＭ−２が対向し、トリマコンデンサＣＴ、トリマコンデンサＣＭを形成する。電極ＣＴ−２と電極ＣＭ−２とは超電導薄膜４２を共通にし、超電導薄膜４２の一部と対向する位置に常伝導薄膜の電極９２が形成されている。また、超電導薄膜４１の一部と対向する位置に常伝導薄膜の電極９１が形成されている。その結果、超電導薄膜コイル４０−１，４０−２と、超電導薄膜４１−１，４１−２と、超電導薄膜４２によって、共振回路のループが形成される。この共振回路のループは常伝導薄膜の電極９１，９２と容量結合により電気的に接続され、常伝導引き出し配線１５−１，１５−２に導かれ検出回路１２に接続される。
【００４７】
図７（Ｂ）、図８（Ａ）、図９、図１０（Ｂ）を対比して分かるように、超電導薄膜４１−１と超電導薄膜４２の間に挿入される誘電体５４を、シャフト７４−１によってｘ軸方向に移動させることで超電導薄膜４１−１，４２の間における誘電体５４の挿入量が変化する。その結果、超電導薄膜４１−１と、超電導薄膜４２と、誘電体５４からなるコンデンサの容量値が変化する。以上の構成により、超電導薄膜を用いた容量値が可変のトリマコンデンサを実現する。これは同調用のトリマコンデンサとなる。同様に、超電導薄膜４１−２と、超電導薄膜４２と、誘電体５５とで容量値が可変のトリマコンデンサを実現する。これは整合用のトリマコンデンサとなる。誘電体５４と誘電体５５は独立に可動させるため、同調用と整合用のトリマコンデンサにおける必要な容量値をそれぞれ独立に調整できる。
【００４８】
図１１は、図９、図１０（Ａ）、（Ｂ）で説明した、超電導薄膜コイル４０−１，４０−２と超電導薄膜４１−１，４１−２，４２による超電導回路１００と、常伝導薄膜の電極９１，９２と常伝導引き出し配線１５−１，１５−２から構成される常伝導回路２００によって構成されている本願発明のプローブコイルの等価回路を示す図である。
【００４９】
図１２は、図１１までの説明で省略していた送信コイル１８を組み込む例を模式的に示す斜視図である。超電導薄膜コイル４０−１，４０−２、冷却基板５０−１、冷却基板５０−２、スペーサ７３−１，７３−２、固定補助板７２−１，７２−２よりなるプローブコイルの基本構成は同じである。冷却基板５０−１、冷却基板５０−２と、保護基板にもなるスペーサ７３−１，７３−２に、送信用プローブコイルのコイル片１８−３，１８−４，１８−５，１８−６を通すための開口を設け、図２で説明したように、超電導薄膜コイルからなる受信コイル４０を取り囲む形で送信用プローブコイル１８を組み込むのである。なお、送信用プローブコイル１８のコイル片は常伝導金属とする。
【００５０】
最上段のスペーサ７３−１面上に、図２で説明した送信用プローブコイルのコイル片１８−１，１８−２を配しそれぞれのコイル片から、鞍型コイルを形成するように、コイル片１８−３，１８−５および１８−４，１８−６をスペーサ７３−１，７３−２、冷却基板５０−１、冷却基板５０−２の開口を通して立ち下げる。これらのコイル片１８−３，１８−５および１８−４，１８−６は、最下段のスペーサ７３−２の開口を通して最下段のスペーサ７３−２の下面に導出され、他のコイル片と組み合わされて、鞍型コイルを形成するように組み立てられる。送信用プローブコイル１８は、図２を参照して説明したように、実質的に、コイル片１８−１，１８−３，１８−５および１８−８が構成する１ターンのコイルと、コイル片１８−２，１８−４，１８−６および１８−７が構成する１ターンのコイルとで受信用プローブコイルを取り囲む１ターンのコイルの２個並列接続とされている。送信用プローブコイル１８には、それぞれの１ターンのコイルを接続するコイル片１８−９および１８−１０から常伝導金属引き出し配線１７−１，１７−２を介して送信回路１３から大きなパルス電流を印加し、受信用プローブコイル４０の形成する空間部に挿入されている試料に静磁場と直交する成分の磁気モーメントを生じさせる。ここでは、常伝導金属引き出し配線１７−１，１７−２を送信回路１３に導く具体例は説明しないが、受信コイルの常伝導引き出し配線１５−１，１５−２と同様に、例えば、コールドヘッド２１と基板５２の間に形成する溝に沿わせて導くことができる。
【００５１】
実施例１では、２ターン・２パラレルのソレノイド型コイルが実現される。信号検出感度は、一点鎖線で囲んだ領域１００の共振ループ内の抵抗損失に依存する。実施例１では、領域１００の共振ループを構成するコイル、整合用トリマコンデンサＣＭ、同調用トリマコンデンサＣＴ、配線の導体は全て超電導体である。常伝導体を使用するのは一点鎖線で示す領域２００のみである。そのため、信号検出に重要な共振ループ内の抵抗損失が著しく減少し、極めて高い感度を実現することが可能となる。作製したプローブコイルを６００ＭＨｚにおいて評価した結果、常伝導体である銅コイルを用いた場合の３．５倍に向上した。
【００５２】
実施例１では、超電導薄膜材料としてＭｇＢ２を用いた。同様の構成において、超電導材料にＹＢＣＯなどの酸化物高温超電導体を用いた場合でも同様の結果が得られた。超電導薄膜材料として、Ｎｂ、Ｐｂ、ＮｂＴｉおよびこれらの合金を用いた場合でも同様の結果が得られることは明らかである。
【００５３】
また、実施例１では、冷却基板５０−１、冷却基板５０−２，１１，１４と、スペーサ７３−１，７３−２と、支持体７０，７１と、コールドヘッド２１にはサファイアを用いたが、代わりに窒化アルミ（ＡｌＮ）を用いた場合でも、同様の結果が得られた。
【００５４】
（実施例２）
実施例２は、４ターン・１シリーズのソレノイド型プローブコイルを提案するものである。基本的構成は実施例１と同様であるが、２ターン・２パラレルのソレノイド型コイルが４ターン・１シリーズのソレノイド型プローブコイルに変更されることに伴い、２つの超電導薄膜コイルと、これを接続する第１キャパシタ電極板５１の基板１１の一面に形成される超電導薄膜のパターンが異なったものとなる。
【００５５】
図１３（Ａ），（Ｂ）は、実施例２の超電導薄膜コイル４０−１，４０−２のパターンを示す上面図である。図４（Ａ），（Ｂ）に示す実施例１の超電導薄膜コイル４０−１，４０−２のパターンと比較して分かるように、超電導薄膜コイル４０−１のパターンが左右反転したものとなっている他は同じである。図１３（Ｃ）は、超電導薄膜コイル４０−１の可とう性基板９０−１を冷却基板５０−１に貼り付けた状態を示す斜視図である。これも、図４（Ｃ）と対比して分かるように、超電導薄膜コイル４０−１のパターンが左右反転したものとなっている。
【００５６】
図１４（Ａ）は、第１キャパシタ電極板５１の基板１１の一面に形成された超電導薄膜４１−１，４１−２、４１−３が形成された基板１１の上面図、図１４（Ｂ）は、それを裏側から見た状態を示す上面図である。それぞれ、実施例１の図５（Ａ）、（Ｂ）に対応する。図１４（Ａ），（Ｂ）の超電導薄膜４１−１，４１−２、４１−３のそれぞれに、図５（Ａ）、（Ｂ）と同様に、超電導薄膜コイル４０−１，４０−２のキャパシタ電極部４０-１ｂ，４０−１ｃ，４０−２ｂ，４０−２ｃの位置を一点鎖線で記入し、トリマコンデンサＣＴ，ＣＭの片側の電極を形成するための領域に参照符号ＣＴ−１，ＣＭ−１を付した一点鎖線で囲って示した。
【００５７】
図１５は、超電導薄膜コイル４０−１，４０−２が超電導薄膜４１−１，４１−２、４１−３によって接続される状態をｙ軸方向からみた側面図であり、実施例１の図１０に対応する。実施例２では、４ターン・１シリーズのソレノイド型プローブコイルとするために、超電導薄膜コイル４０−１と超電導薄膜コイル４０−２は同じパターンで形成する。超電導薄膜コイル４０−１のキャパシタ電極部４０−１ｂと超電導薄膜コイル４０−２のキャパシタ電極部４０−２ｃを超電導薄膜４１−３によって容量結合により電気的に接続することで、超電導薄膜コイル４０−１，４０−２は直列に接続される。超電導薄膜コイル４０−１のキャパシタ電極部４０−１ｃおよび超電導薄膜コイル４０−２のキャパシタ電極部４０−２ｂとトリマコンデンサＣＴ，ＣＭの片側の電極を形成するための領域との関係は、実施例１と同じであり、説明は省略する。
【００５８】
図１６は実施例２の構成の電気的な等価回路を示す図である。超電導薄膜コイル４０−１，４０−２と超電導薄膜４１−１，４１−２，４１−３,４２による超電導回路１００と、常伝導薄膜の電極９１，９２と常伝導引き出し配線１５−１，１５−２による常伝導回路２００によって構成される。４つの超電導薄膜コイルが直列に接続され、４ターン・１シリーズのソレノイド型コイルとなる。実施例１と同様に、破線で囲んだ領域１００の共振ループを構成するコイル、整合用トリマコンデンサＣＭ、同調用トリマコンデンサＣＴ、配線の導体は全て超電導体である。常伝導体を使用するのは一点鎖線で示す領域２００のみである。そのため、信号検出に重要な共振ループ内の抵抗損失が著しく減少し、極めて高い感度を実現することが可能となる。作製したプローブコイルを６００ＭＨｚにおいて評価した結果、常伝導体である銅コイルを用いた場合の３．５倍に向上した。
【００５９】
実施例２では、超電導薄膜材料としてＭｇＢ２を用いた。同様の構成において、超電導材料にＹＢＣＯなどの酸化物高温超電導体を用いた場合でも同様の結果が得られた。超電導薄膜材料として、Ｎｂ，Ｐｂ，ＮｂＴｉおよびこれらの合金を用いた場合でも同様の結果が得られることは明らかである。
【００６０】
また、実施例２では、冷却基板５０−１、冷却基板５０−２，１１，１４と、スペーサ７３−１，７３−２と、支持体７０，７１と、コールドヘッド２１にはサファイアを用いたが、代わりに窒化アルミ（ＡｌＮ）を用いた場合でも、同様の結果が得られた。
【００６１】
（実施例３）
実施例３は、図１（Ｂ）で示したような静磁場に対して垂直方向（ｚ軸方向）から挿入可能とした低温プローブ２０の構成を提案するものである。この例では、実施例１と同様に、ソレノイド型コイルは２ターン・２パラレルとする。
【００６２】
図１７は、実施例３におけるソレノイド型プローブコイルの超電導薄膜コイル４０−１，４０−２とコールドヘッド２１を組み上げた状態で、構成要素を示す斜視図である。図７と対比して分かるように、超電導薄膜コイル４０−１，４０−２が冷却基板５０−１、冷却基板５０−２に貼り付けられて、支持体７１を中心として積層され、これに、スペーサ７３−２、コールドヘッド２１が組み込まれるとともに、第２キャパシタ電極板５２の基板１４が組み込まれ状態で示す。各構成要素の作製方法および組み立て接続方法に関しては、実施例１と同様であり、それぞれの参照番号も同じとした。超電導薄膜コイル４０−１，４０−２のキャパシタ電極部と第１キャパシタ電極板５１の基板１１の超電導薄膜４１−１，４１−２とは誘電体５３を挟んで取り付けられる。また、第１キャパシタ電極板５１の基板１１の超電導薄膜４１−１，４１−２と第２キャパシタ電極板５２の基板１４の超電導薄膜４２の間に誘電体５４，５５がシャフト７４−１，７４−２により挿入される。
【００６３】
図１８（Ａ）は実施例３の超電導薄膜コイル４０−１，４０−２が第１キャパシタ電極板５１の基板１１に形成された超電導薄膜４１−１，４１−２とキャパシタ電極部４０-１ｂ，４０−１ｃ，４０−２ｂおよび４０−２ｃによって容量結合により電気的に接続される状態をｙ軸方向からみた側面図、図１８（Ｂ）は、図１８（Ａ）に示す超電導薄膜の表示に加えて、超電導薄膜４１−２，４２と常伝導薄膜９１，９２の電極の配置を模式的に示した斜視図である。実施例１の図１０と対比して明らかなように、実施例３でも、超電導薄膜からなる共振回路を形成した２ターン・２パラレルのソレノイド型コイルが実現されることがわかる。
【００６４】
作製した２ターン・２パラレルのソレノイド型コイルを６００ＭＨｚで評価した結果、実施例１におけるコイルと同様、感度は常伝導コイルを用いた場合の３．５倍に向上した。実施例３では、超電導薄膜材料としてＭｇＢ２を用いた。同様の構成において、超電導材料にＹＢＣＯなどの酸化物高温超電導体を用いた場合でも同様の結果が得られた。超電導薄膜材料として、Ｎｂ、Ｐｂ、ＮｂＴｉおよびこれらの合金を用いた場合でも同様の結果が得られることは明らかである。
【００６５】
また、実施例３では、冷却基板５０−１、冷却基板５０−２，１１，１４と、スペーサ７３−１，７３−２と、支持体７０，７１と、コールドヘッド２１にはサファイアを用いたが、代わりに窒化アルミ（ＡｌＮ）を用いた場合でも、同様の結果が得られた。
【００６６】
（実施例４）
実施例４は、円筒型超電導マグネットを用いて、図1（Ｂ）に示す、垂直方向の静磁場（Ｂ０）を発生させるＮＭＲ装置（垂直型ＮＭＲ装置）に挿入可能とした低温プローブ２０を提案するものである。図１９は実施例４の垂直型ＮＭＲ装置の代表的な構成を断面状態で示す概念図である。円筒型の超電導マグネット１０により、一点鎖線で示した中心線に沿って、１４．１テスラ（Ｔ）の均一磁場を発生させる。低温プローブ２０および内部に試料３１を収納した試料管３０は、静磁場と同じ方向（図中ｚ軸方向）から挿入される。
【００６７】
図２０は、実施例４におけるＮＭＲ計測用プローブコイルの構成要素を、組み立て前の状態で示す図である。なお、説明を簡略化するために送信コイルについては省略する。実施例４におけるプローブコイル４０は、垂直型ＮＭＲ装置に適用可能なサドル型コイルである。基本的な構成要素は、実施例１で説明したソレノイド型コイルと同様である。可とう性基板（図示しない）上に形成された超電導薄膜コイル４０と、トリマコンデンサの電極および回路の配線を構成するための超電導薄膜４４が形成されたキャパシタ電極板５７−１と、誘電体の基板５７−２と、誘電体５６−１，５６−２，５４，５５と、支持体７０，７１と、コールドヘッド２１でプローブコイルを構成する。コールドヘッド２１には誘電体５４，５５のシャフト７４−１，７４−２を通すための溝が形成されている。実施例１と異なり、超電導薄膜コイル４０を貼り付ける基板はコールドヘッド２１と一体の部材の中空円柱２１'となっている。以下、各構成要素について説明する。
【００６８】
図２１（Ａ）は、超電導薄膜コイル４０が形成された可とう性基板９０を展開して示す上面図、図２１（Ｂ）は、その可とう性基板をコールドヘッド２１の中空円柱２１'に貼り付けた状態を示す斜視図である。超電導薄膜コイル４０の作製方法および、組み立て方法は実施例１と同様である。コールドヘッド２１の中空円柱２１'に貼り付け、試料管の周囲を取り囲むように超電導体のサドル型コイルが形成できる。
【００６９】
図２２（Ａ）は、超電導薄膜４４が形成された曲面のキャパシタ電極板５７−１の上面図、図２２（Ｂ）は、それを裏側から見た状態を示す上面図、図２２（Ｃ）は、図２２（Ａ）、（Ｂ）のＥ−Ｅ'位置における矢印方向から見た断面図である。曲面のキャパシタ電極板５７−１の内側に、超電導薄膜４４が形成され、外側に常伝導引き出し配線を接続するための常伝導金属薄膜の電極９１，９２が形成される。基本的な作製方法は実施例１の場合と同様であるが、実施例４においては、超電導薄膜４４をメタルマスクを用いた蒸着法によって成膜した。
【００７０】
図２３（Ａ）は、超電導薄膜コイル４０と、誘電体の基板５７−２と、誘電体５６−１，５６−２，５４，５５と、支持体７１と、コールドヘッド２１を組み立てた状態を示す斜視図である。コールドヘッド２１の中空円柱２１'に貼り付けた超電導薄膜コイル４０を囲うように、誘電体５６−１，５６−２を配置する。続いてその外側に誘電体の基板５７−２を配置する。それらを支持体７１の中に組み込むと図２３（Ａ）で示した状態となる。トリマコンデンサの容量値を調節するための誘電体５４，５５はｚ軸方向に並べて配置される。コールドヘッド２１には、誘電体５４，５５の位置を調整するためのシャフトを通す溝が形成されている。なお、理解しやすいように誘電体５４，５５のシャフト７４−１，７４−２は図示していない。図２３（Ｂ）は、図２３（Ａ）の状態に、さらに、超電導薄膜４４、電極９１，９２が形成されたキャパシタ電極板５７−１を組み立てた斜視図である。なお、超電導薄膜４４は、キャパシタ電極板５７−１の裏側に形成されているため本来は見えないが理解しやすいように破線で示した。図２３（Ｃ）は、図２３（Ｂ）の状態にさらに、支持体７０を組み立てて完成するプローブコイルの斜視図である。
【００７１】
図２３（Ａ）、（Ｂ）を参照して分かるように、超電導薄膜による磁場の擾乱を抑制するために、超電導薄膜コイル４０、および超電導薄膜４４は、静磁場Ｂ０と平行に配置される。
【００７２】
図２３（Ｃ）に示すように、支持体７０，７１およびコールドヘッド２１の端面には冷却源となる熱交換器２２が接続される。超電導薄膜コイル４０はコールドヘッド２１の中空円柱２１'を介した伝熱で冷却される。超電導薄膜４４は、支持体７０とキャパシタ電極板５７−１を介した伝熱で冷却される。いずれの超電導薄膜も約５Ｋに冷却される。各構成要素を組み立てる際には、伝熱効率を上げるために接続部にインジウムを溶着させる。
【００７３】
図２４は、実施例４におけるプローブコイルをｚ軸方向から見た断面図である。コールドヘッド２１の中空円柱２１'に貼り付けられた超電導薄膜コイル４０を囲うように、誘電体５６−１，５６−２が配置される。超電導薄膜コイル４０は、誘電体５４，５５（５５は図示されていない）を介して、超電導薄膜４４と対向配置される。また、超電導薄膜コイル４０は、誘電体５６−２、誘電体の基板５７−１を介して常伝導金属の電極９１と対向配置される。以上のように、超電導薄膜同士、および超電導薄膜と常伝導薄膜の電極が誘電体を介して対抗配置されることにより、プローブコイルの共振回路を構成する導体同士が容量結合で電気的接続される。また、図示していないが、常伝導引き出し配線１５−１，１５−２を、それぞれ常伝導薄膜の電極９１，９２に接続し、プローブコイルと検出回路を電気的に接続する。
【００７４】
図２５は、実施例４の組み立てたプローブコイルにおいて、超電導薄膜と常伝導薄膜の電極の配置を模式的に示した斜視図である。薄膜同士が重なる部分については、奥側の薄膜の境界を破線で示した。超電導薄膜コイル４０は、超電導薄膜４４と容量結合により電気的に接続され、共振回路のループが形成される。この共振回路のループは常伝導薄膜の電極９１，９２と容量結合により電気接続され、常伝導引き出し配線１５−１，１５−２に導かれ検出回路に接続される。
【００７５】
図２０、図２３（Ａ）、（Ｂ）、図２４、図２５を対比して分かるように、超電導薄膜コイル４０と超電導薄膜４４の間に挿入される誘電体５４，５５を、シャフト７４−１，７４−２によってｚ軸方向に移動させることで超電導薄膜に挟まれた領域の誘電体５４，５５の挿入量が変化する。その結果、超電導薄膜コイル４０、超電導薄膜４４、誘電体５４からなるコンデンサ、および、超電導薄膜コイル４０、超電導薄膜４４、誘電体５５からなるコンデンサの容量値が変化する。以上の構成により、超電導薄膜を用いた容量値が可変の、同調用、整合用のトリマコンデンサを実現する。誘電体５４と誘電体５５は独立に可動させるため、同調用と整合用のトリマコンデンサにおける必要な容量値をそれぞれ独立に調整できる。
【００７６】
図２６は、図２５で説明した、超電導薄膜コイル４０と超電導薄膜４４からなる一点鎖線で囲んだ共振ループ１００と、常伝導薄膜の電極９１，９２と、常伝導リード１５−１，１５−２から構成される一点鎖線で囲んだ常伝導回路２００よりなる電気的な等価回路を示す図である。実施例４では、サドル型コイルが実現される。実施例１と同様に、一点鎖線で囲んだ共振ループ１００の導体を全て超電導体で構成するため、抵抗損失が著しく減少し、極めて高い感度を実現することが可能となる。作製したプローブコイルを６００ＭＨｚにおいて評価した結果、常伝導体である銅コイルを用いた場合の３．５倍に向上した。
【００７７】
実施例４では、超電導薄膜材料としてＭｇＢ２を用いた。同様の構成において、超電導材料にＹＢＣＯなどの酸化物高温超電導体を用いた場合でも同様の結果が得られた。超電導薄膜材料として、Ｎｂ、Ｐｂ、ＮｂＴｉおよびこれらの合金を用いた場合でも同様の結果が得られることは明らかである。
【００７８】
また、実施例４では、キャパシタ電極板５７−１と、誘電体の基板５７−２、誘電体５６−１，５６−２，５４，５５と、支持体７０，７１と、コールドヘッド２１にはサファイアを用いたが、代わりに窒化アルミ（ＡｌＮ）を用いた場合でも、同様の結果が得られた。
【００７９】
（実施例５）
実施例５は、実施例４と同じく、円筒型超電導マグネットを用いて、垂直方向の静磁場（Ｂ０）を発生させるＮＭＲ装置（垂直型ＮＭＲ装置）に挿入可能とした低温プローブ２０を提案するものである。基本的な構造は実施例４と同様であるが、実施例５では、バードケージ型のプローブコイルを提供する。
【００８０】
図２７（Ａ）は、超電導薄膜コイル４０−１，４０−２が形成された可とう性基板９０を展開して示す上面図、図２７（Ｂ）は、その可とう性基板をコールドヘッド２１の中空円柱２１'に貼り付けた状態を示す斜視図である。超電導薄膜コイル４０−１，４０−２の作製方法および、組み立て方法は実施例４と同様である。コールドヘッド２１の中空円柱２１'の部分に貼り付け、試料管の周囲を取り囲むように超電導体のバードケージ型コイルが形成できる。
【００８１】
図２８（Ａ）は、超電導薄膜４４−１，４４−２，４４−３が形成された曲面のキャパシタ電極板５７−１の上面図、図２８（Ｂ）は、それを裏側から見た状態を示す上面図、図２８（Ｃ）は、図２８（Ａ）、（Ｂ）のＦ−Ｆ'位置において矢印方向に見た断面図である。曲面のキャパシタ電極板５７−１の内側に、超電導薄膜４４−１，４４−２，４４−３が形成され、外側に常伝導引き出し配線を接続するための常伝導金属薄膜の電極９１，９２が形成される。作製方法は実施例４の場合と同様である。なお、図を用いた説明は省略するが、実施例５の場合には、実施例４の図２０に示した誘電体の基板５７−２にも、図２８に示したキャパシタ電極板５７−１の超電導薄膜４４−１，４４−２と同じパターンの超電導薄膜４４−４，４４−５が形成される。
【００８２】
図２９（Ａ）は、超電導薄膜コイル４０−１，４０−２と、誘電体の基板５７−２、誘電体５６−１，５６−２，５４，５５と、支持体７１と、コールドヘッド２１を組み立てた状態を示す斜視図である。図２９（Ｂ）は、図２９（Ａ）の状態に、さらに、超電導薄膜４４−１，４４−２，４４−３、電極９１，９２が形成されたキャパシタ電極板５７−１を組み立てた斜視図である。基本的な構造および組み立て方法は実施例４と同様である。なお、超電導薄膜４４−１，４４−２，４４−３は、キャパシタ電極板５７−１の裏側に形成されているため本来は見えないが理解しやすいように破線で示した。
【００８３】
図２９（Ａ），（Ｂ）を参照して分かるように、超電導薄膜による磁場の擾乱を抑制するために、超電導薄膜コイル４０、および超電導薄膜４４は、静磁場Ｂ０と平行に配置される。
【００８４】
図３０は、組み立てたプローブコイルにおいて、超電導薄膜と常伝導薄膜の電極の配置を模式的に示した斜視図である。薄膜同士が重なる部分については、奥側の薄膜の境界を破線で示した。超電導薄膜４０−１，４０−２は、キャパシタ電極板５７−１、誘電体の基板５７−２に形成された超電導薄膜４４−１，４４−２，４４−３，４４−４，４４−５と容量結合により電気的に接続され、共振回路のループが形成される。この共振回路のループは常伝導薄膜の電極９１，９２と容量結合により電気的に接続され、常伝導引き出し配線１５−１，１５−２に導かれて検出回路に接続される。
【００８５】
図２９、図３０を対比して分かるように、超電導薄膜コイル４０−１，４０−２と超電導薄膜４４−３の間に挿入される誘電体５４，５５をｚ軸方向に移動させることで超電導薄膜に挟まれた領域の誘電体５４，５５の挿入量が変化する。その結果、超電導薄膜コイル４０−１、超電導薄膜４４−３、誘電体５４からなるコンデンサ、および、超電導薄膜コイル４０−２、超電導薄膜４４−３、誘電体５５からなるコンデンサの容量値が変化する。以上の構成により、超電導薄膜を用いた容量値が可変の、同調用、整合用のトリマコンデンサを実現する。誘電体５４と誘電体５５は独立に可動させるため、同調用と整合用のトリマコンデンサにおける必要な容量値をそれぞれ独立に調整できる。
【００８６】
図３１は、図３０で説明した、超電導薄膜コイル４０−１，４０−２と、超電導薄膜４４−１，４４−２，４４−３，４４−４，４４−５からなる一点鎖線で囲んだ共振ループ１００と、常伝導薄膜の電極９１，９２と、常伝導リード１５−１，１５−２から構成される一点鎖線で囲んだ常伝導回路２００よりなる電気的な等価回路を示す図である。実施例５では、バードケージ型コイルが実現される。実施例１と同様に、一点鎖線で囲んだ共振ループ１００の導体を全て超電導体で構成するため、抵抗損失が著しく減少し、極めて高い感度を実現することが可能となる。作製したプローブコイルを６００ＭＨｚにおいて評価した結果、常伝導体である銅コイルを用いた場合の３．５倍に向上した。
【００８７】
実施例５では、超電導薄膜材料としてＭｇＢ２を用いた。同様の構成において、超電導材料にＹＢＣＯなどの酸化物高温超電導体を用いた場合でも同様の結果が得られた。超電導薄膜材料として、Ｎｂ，Ｐｂ，ＮｂＴｉおよびこれらの合金を用いた場合でも同様の結果が得られることは明らかである。
【００８８】
また、実施例５では、キャパシタ電極板５７−１，誘電体の基板５７−２と、誘電体５６−１，５６−２，５４，５５と、支持体７０，７１と、コールドヘッド２１にはサファイアを用いたが、代わりに窒化アルミ（ＡｌＮ）を用いた場合でも、同様の結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】（Ａ）は、本発明の対象であるＮＭＲ装置の主要構成部の概略を、プローブコイル２５をスプリット型超電導マグネットのボアから挿入する方法で配置したものとした例を示す斜視図、（Ｂ）は、本発明の対象であるＮＭＲ装置の主要構成部の概略を、プローブコイル２５を試料管３０と同じ方向（静磁場と垂直方向）から挿入する方法で配置したものとした例を示す斜視図である。
【図２】本発明に採用できるプローブコイル２５の構成を模式的に示す斜視図である。
【図３】本願発明の実施例１におけるＮＭＲ計測用ソレノイド型プローブコイルの構成要素を、組み立て前の状態で示す図である。
【図４】（Ａ），（Ｂ）は超電導薄膜コイル４０−１，４０−２が形成された可とう性基板９０−１，９０−２の上面図、（Ｃ）はその可とう性基板９０−１を冷却基板５０−１に貼り付けた状態を示す斜視図である。
【図５】（Ａ）は、超電導薄膜４１−１，４１−２が形成された基板１１の上面図、（Ｂ）は、それを裏側から見た状態を示す上面図、（Ｃ）は、（Ａ）、（Ｂ）のＣ−Ｃ'位置における矢印方向から見た断面図である。
【図６】（Ａ）は、超電導薄膜４２が形成された基板１４の上面図、（Ｂ）は、それを裏側から見た状態を示す上面図、（Ｃ）は、（Ａ）、（Ｂ）のＤ−Ｄ'位置における矢印方向から見た断面図である。
【図７】（Ａ）は実施例１のプローブコイルの組み立ての第１過程を示し、超電導薄膜コイル４０−１，４０−２と、冷却基板５０−１、冷却基板５０−２と、支持体７１と、スペーサ７３−２と、コールドヘッド２１を組み立てた状態を示す斜視図、（Ｂ）は、組み立ての第２過程を示し、さらに超電導薄膜４２が形成された基板５２と、誘電体５３、５４，５５を組み立てた状態を示す斜視図である。
【図８】（Ａ）は、組み立ての第３過程を示し、超電導薄膜４１−１，４１−２、電極９１が形成された基板５１を組み立てた状態を示す斜視図、（Ｂ）は、組み立ての最終過程を示し、スペーサ７３−１と、支持体７０と、固定補助板７２−１,７２−２を組み立てた状態を示す斜視図である。
【図９】実施例１におけるプローブコイルを、固定補助板７２−１、スペーサ７３−１、支持体７０，７１を取り除いた状態でｚ軸方向から見た上面図である。
【図１０】（Ａ）は、実施例１におけるプローブコイルの、超電導薄膜コイル４０−１，４０−２が超電導薄膜４１−１，４１−２によって接続される状態をｙ軸方向からみた側面図、（Ｂ）は、超電導薄膜と常伝導薄膜の電極の配置を模式的に示した斜視図である。
【図１１】実施例１におけるソレノイド型プローブコイルの電気的等価回路を示す図である。
【図１２】実施例１のプローブコイル２５に、図２を参照して説明した送信コイルを組み込む例を模式的に示す斜視図である。
【図１３】（Ａ），（Ｂ）は、実施例２の超電導薄膜コイル４０−１，４０−２のパターンを示す上面図、（Ｃ）は、超電導薄膜コイル４０−１の可とう性基板９０−１を冷却基板５０−１に貼り付けた状態を示す斜視図である。
【図１４】（Ａ）は、第１キャパシタ電極板５１の基板１１の一面に形成された超電導薄膜４１−１，４１−２，４１−３が形成された基板１１の上面図、（Ｂ）は、それを裏側から見た状態を示す上面図である。
【図１５】超電導薄膜コイル４０−１，４０−２が超電導薄膜４１−１，４１−２，４１−３によって接続される状態をｙ軸方向からみた側面図である。
【図１６】実施例２におけるソレノイド型プローブコイルの電気的等価回路を示す図である。
【図１７】実施例３におけるソレノイド型プローブコイルの超電導薄膜コイル４０−１，４０−２とコールドヘッド２１を組み上げた状態で、構成要素を示す斜視図である。
【図１８】（Ａ）は実施例３の超電導薄膜コイル４０−１，４０−２が第１キャパシタ電極板５１の基板１１に形成された超電導薄膜４１−１，４１−２とキャパシタ電極部４０-１ｂ，４０−１ｃ，４０−２ｂおよび４０−２ｃによって容量結合により電気的に接続される状態をｙ軸方向からみた側面図、（Ｂ）は、（Ａ）に示す超電導薄膜の表示に加えて、超電導薄膜４１−２，４２と常伝導薄膜９１，９２の電極の配置を模式的に示した斜視図である。
【図１９】実施例４の垂直型ＮＭＲ装置の代表的な構成を断面状態で示す概念図である。
【図２０】実施例４におけるＮＭＲ計測用プローブコイルの構成要素を、組み立て前の状態で示す図である。
【図２１】（Ａ）は、超電導薄膜コイル４０が形成された可とう性基板９０を展開して示す上面図、図２１（Ｂ）は、その可とう性基板をコールドヘッド２１の中空円柱２１'に貼り付けた状態を示す斜視図である。
【図２２】（Ａ）は、超電導薄膜４４が形成された曲面のキャパシタ電極板５７−１の上面図、（Ｂ）は、それを裏側から見た状態を示す上面図、（Ｃ）は、（Ａ）、（Ｂ）のＥ−Ｅ'位置における矢印方向から見た断面図である。
【図２３】（Ａ）は実施例４のプローブコイルにおいて、超電導薄膜コイル４０と、誘電体の基板５７−２と、誘電体５６−１，５６−２，５４，５５と、支持体７１と、コールドヘッド２１を組み立てた状態を示す斜視図、（Ｂ）は、さらに、超電導薄膜４４、電極９１，９２が形成されたキャパシタ電極板５７−１を組み立てた斜視図、（Ｃ）は、さらに、支持体７０を組み立てた状態を示す斜視図である。
【図２４】実施例４におけるプローブコイルをｚ軸方向から見た断面図である。
【図２５】実施例４の組み立てたプローブコイルにおいて、超電導薄膜と常伝導薄膜の電極の配置を模式的に示した斜視図である。
【図２６】実施例４におけるサドル型プローブコイルの電気的等価回路を示す図である。
【図２７】（Ａ）は、実施例５のプローブコイルの超電導薄膜コイル４０−１，４０−２が形成された可とう性基板９０を展開して示す上面図、（Ｂ）は、その可とう性基板をコールドヘッド２１の中空円柱２１'に貼り付けた状態を示す斜視図である。
【図２８】（Ａ）、（Ｂ）は超電導薄膜４４−１，４４−２，４４−３が形成されたキャパシタ電極板５７−１の平面図、（Ｃ）はキャパシタ電極板５７−１をＦ−Ｆ'位置における矢印方向に見た断面図である。
【図２９】（Ａ）は、超電導薄膜コイル４０−１，４０−２と、誘電体の基板５７−２、誘電体５６−１，５６−２，５４，５５と、支持体７１と、コールドヘッド２１を組み立てた状態を示す斜視図、（Ｂ）は、（Ａ）の状態に、さらに、超電導薄膜４４−１，４４−２，４４−３、電極９１，９２が形成されたキャパシタ電極板５７−１を組み立てた斜視図である。
【図３０】実施例５の組み立てたプローブコイルにおいて、超電導薄膜と常伝導薄膜の電極の配置を模式的に示した斜視図である。
【図３１】実施例５におけるバードケージ型プローブコイルの電気的等価回路を示す図である。
【符号の説明】
【００９０】
１０，１０−１，１０−２…超電導マグネット、１１，１４…基板、Ｂ０…均一磁場、１２…検出回路、１３…送信回路、１５−１，１５−２…常伝導金属引き出し配線、１７−１，１７−２…常伝導金属引き出し配線、１８−１，１８−２，１８−３，１８−４，１８−５，１８−６，１８−７，１８−８，１８−９，１８−１０…送信用プローブコイルのコイル片、２０…低温プローブ、２１…コールドヘッド、２１' …コールドヘッドの中空円柱部、２２…熱交換器、２３…コールドリード、２５…プローブコイル、３０…試料管、３１…試料、４０，４０−１，４０−２，４０−３…超電導薄膜コイル、４１−，４１−２，４２，４３，４４，４４−１，４４−２，４４−３，４４−４，４４−５…超電導薄膜、４５…超電導薄膜の配線、５０−１，５０−２…冷却基板、５１，５２，５７−１…キャパシタ電極板、５３，５４，５５，５６−１，５６−２…誘電体、５７−２…誘電体の基板、６０，６１−１，６１−２，６２−１，６２−２…試料管を通すためのコイル用基板の開口、６３−１，６３−２，６３−３，６４−１，６４−２，６４−３，６４−４，６６−１，６６−２，６８−１，６８−２，６８−３…ネジ留め用の孔、７０，７１…支持体、７２−１，７２−２…固定補助板、７３−１，７３−２…スペーサ、７４−１，７４−２…シャフト、８０−１，８０−２，８１−１，８１−２…ネジ留め用の孔、８４−１，８４−２，８５−１，８５−２…試料を通すための開口、９０…可とう性基板、９１，９２…常伝導薄膜の電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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