Scannen SQUID-Studie von Vortex Manipulation durch Kontakt vor Ort

Zusammenfassung

Wir präsentieren ein Protokoll zur Manipulation einzelner Wirbel in dünnen supraleitenden Schichten unter Verwendung des lokalen mechanischen Kontakts. Das Verfahren umfasst nicht das Anlegen von Strom, Magnetfeld oder zusätzlichen Herstellungsschritten.

Zusammenfassung

Die lokale, deterministische Manipulation einzelner Wirbel in Typ-2-Supraleitern ist eine Herausforderung. Die Fähigkeit, die Position einzelner Wirbel zu kontrollieren, ist notwendig, um zu untersuchen, wie Wirbel untereinander, mit dem Gitter und mit anderen magnetischen Objekten interagieren. Hier stellen wir ein Protokoll für die Wirbelmanipulation in dünnen supraleitenden Schichten durch lokalen Kontakt vor, ohne Strom oder Magnetfeld anzulegen. Die Wirbel werden mit einem supraleitenden Quanteninterferenzgerät (SQUID) abgebildet, und die Probe wird vertikal belastet, indem die Spitze eines Siliziumchips mit einem piezoelektrischen Element in die Probe gedrückt wird. Wirbel werden durch Klopfen auf die Probe oder durch Streichen mit der Silikonspitze bewegt. Unsere Methode ermöglicht eine effektive Manipulation einzelner Wirbel, ohne die Folie zu beschädigen oder ihre Topographie zu beeinträchtigen. Wir zeigen, wie Wirbel auf Entfernungen von bis zu 0,8 mm verlagert wurden. Die Wirbel blieben an ihrem neuen Standort bis zu fünf Tage stabil. Mit dieser Methode können wir Wirbel kontrollieren und sie so bewegen, dass sie komplexe Konfigurationen bilden. Diese Technik zur Vortex-Manipulation könnte auch in Anwendungen wie wirbelbasierten Logikbausteinen implementiert werden.

Einleitung

Wirbel sind magnetische Objekte auf der Nanoskala, bei Typ-2-Supraleiter in Gegenwart von äußeren Magnetfeld gebildet. In einem fehlerfreien Probe kann Wirbel frei bewegen. Jedoch verschiedene Mängel im Material Ergebnis in Bereichen verringerter Supraleitung, die für Wirbel energetisch günstig sind. Wirbel neigen dazu, diese Regionen, auch bekannt als die Pinning-Stellen zu dekorieren. In diesem Fall ist die Kraft um einen Wirbel zu bewegen, muss größer sein als die Pinning-Kraft. Eigenschaften von Wirbeln, wie beispielsweise Wirbeldichte Wechselwirkungsstärke und Reichweite, kann leicht durch externes Feld, Temperatur oder Geometrie der Probe bestimmt werden. Die F....

Protokoll

1. Der Zugang zu einem Scanning SQUID-System

1. Verwenden Sie ein Scan - SQUID - System , das einen SQUID - Sensor auf einem Chip ^{9, 10,} Stick - Slip - Grobbewegungstisch und einem piezobasierten Scanner für feine Bewegung hergestellt umfasst. Siehe Abbildung 1.
2. Polieren Sie die SQUID-Chip in eine Ecke rund um den Pickup-Schleife. Das Material des Chips muss den ganzen Weg zu der Aufnahmeschleife entfernt werden.
   1. polieren Sie vorsichtig das SQUID, 5 bis 0,5 um nicht-magnetische Polierpapier.
      HINWEIS: Nach der Polierstufe kann der Pickup-Schleife in die Nähe g....

Ergebnisse

Unser Protokoll wurde auf Tausenden von einzelnen, gut getrennt Wirbel in zwei Proben von Nb, und neun Proben von NbN erfolgreich getestet. Wir erzeugen neue Wirbel an der gleichen Probe, indem die Probe oberhalb von Tc erhitzt wird, und Abkühlen wieder auf 4,2 K in Gegenwart eines Magnetfelds. Wir wählten das externe Magnetfeld um die gewünschte Wirbeldichte zu erreichen. Wir zeigen hier, Daten aus diesen Experimenten. Diese Ergebnisse wurden im Detail von Kremen et al.

Diskussion

Erfolgreiche Manipulation von Wirbeln, hängt von mehreren kritischen Schritte. Es ist wichtig, den Sensor in einem Winkel auszurichten, so dass die Spitze des Chips wird die erste, um einen Kontakt mit der Probe sein. Zweitens ist es wichtig zu beachten, dass die Kraft auf die Probe ausgeübt wird, durch die mechanischen Eigenschaften des Cantilevers bestimmt wird, dass der Chip auf montiert ist. In dem elastischen Regelung ausgeübte Kraft ist proportional zur Auslenkung x nach Hookeschen Gesetz:
F = kx

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Stick Slip Coarse Motion System	Attocube	ANPx-101	x,y Motion
Stick Slip Coarse Motion System	Attocube	ANPz-101	z Motion
Stick Slip Coarse Motion System Controller	Attocube	ANC 300
Hochspannungsverstärker	Attocube	ANC 250
Datenerfassungskarte	National Instruments	NI  PCIe-6363
Piezoelemente	Piezo Systems Inc	T2C	nichtmagnetischer
rauscharmer Spannungsvorverstärker	Stanford Research Systems	SR 560
Kapazitätsbrücke	General Radio	1615A
Teleskop	NAVITAR	1-504516
Kamera	MOTICAM	MP2
Dewar	Cryofab	N/A
Einsatz	ICE Oxford	N/A
Mu-Metall Shield	Amuneal	N/A
Vakuumkappe	ICE Oxford	N/A
Sputtersystem	AJA international Inc	N/A
Läppfolie	3M	261X	nichtmagnetisches
Nb Target	Kurt J. Lesker	EJTNBXX351A2
GE Varnish	CMR-Direct	02-33-001	für kryogene Kühlkörper
Silberpaste	Structure Probe Inc	05063-AB