Escaneado de Estudio SQUID de la manipulación del vórtice por contacto local

El objetivo general de este procedimiento es manipular vórtices en películas superconductoras delgadas mediante tensión vertical local sin aplicar corriente o campo magnético. La capacidad de controlar la posición de los vórtices individuales es necesaria para estudiar cómo los vórtices interactúan entre sí, con el material y con otros objetos magnéticos. La principal ventaja de esta técnica es que es un método local que permite una manipulación muy efectiva de un vórtice individual sin pasos de fabricación adicionales.

La primera vez que fuimos testigos del efecto de la deformación en objetos submicromagnéticos y ferromagnéticos fue cuando utilizamos SQUID para obtener imágenes y examinar la forma en que cambian su orientación como resultado del estrés. A raíz de este estudio, quisimos investigar el efecto de la tensión local en otros objetos nanomagnéticos, y el primer sistema que probamos es el sistema de vórtices en un superconductor. Primero, prepare una muestra delgada de película superconductora.

A continuación, obtenga un sensor SQUID fabricado en un chip de silicio. Pula suavemente el chip con papel de pulido no magnético para formar un punto simétrico que contenga el área de detección. El material debe pulirse hasta el final para exponer el área de detección.

Pegue un voladizo flexible a una placa conductora con una capa dieléctrica. A continuación, pega el chip del sensor en el voladizo. Monte la muestra con barniz o pasta de plata.

A continuación, conéctelo al elemento piezoeléctrico del eje Z. Configure dos telescopios en etapas de traslación y conecte los telescopios a una computadora a través de una cámara. Conecte el controlador del sistema de movimiento de la pista de deslizamiento del palo.

Dirija los telescopios en la parte delantera y lateral del chip para proporcionar imágenes ópticas. Con la etapa de deslizamiento de la varilla Z, mueva la muestra a aproximadamente un micrómetro del sensor para que el sensor se refleje en la muestra. No permita que la muestra entre en contacto con el sensor.

Compruebe los ángulos entre la viruta y su reflejo en ambos lados de la punta cuando se ve desde el frente. A continuación, aleje la muestra entre 0,5 y un milímetro del sensor para evitar daños en el calamar. Gire los tornillos de alineación para que los ángulos entre la viruta y su reflexión sean iguales en ambos lados de la punta cuando se vean desde el frente.

Vuelva a mover la muestra a aproximadamente un micrómetro del sensor y vuelva a comprobar los ángulos. Una vez que los ángulos sean iguales, gire los tornillos de alineación hasta que el ángulo entre el chip y su reflexión sea de al menos cuatro grados cuando se vea desde un lado para asegurarse de que la punta entre en contacto con la muestra al mover los vórtices. Es importante alinear el sensor en ángulo de modo que solo la punta del sensor toque la muestra.

De esta manera, se puede determinar un punto de contacto distinto. Cargue el cabezal de escaneo del sistema SQUID en un sistema de enfriamiento de cuatro Calvin. Para generar vórtices, enfríe la muestra a 4,2 Calvins en presencia de un campo magnético basado en el tamaño de la muestra y el número deseado de vórtices.

Apague el campo magnético y encienda el SQUID. Con el deslizamiento de la palanca Z, acerque la muestra al chip del sensor. Aplique voltaje entre el voladizo y la placa de detección de capacitancia para llevar el voladizo al circuito del puente.

Barre el elemento piezoeléctrico Z de cero a 200 voltios mientras monitorea la capacitancia entre el voladizo y la placa. Cuando la muestra entra en contacto con el chip sensor, se producirá un gran cambio en la capacitancia. Una vez que la muestra haya entrado en contacto con éxito con el chip, repita este proceso en varias ubicaciones de la muestra para definir el plano de la muestra en relación con el sensor.

Para mover la muestra en relación con el sensor, barra el voltaje en los elementos piezoeléctricos X e Y. Una vez definido el plano, utilice el elemento piezoeléctrico Z para mover la muestra de modo que el sensor escanee a una altura constante por encima de la muestra. Escanee alrededor de un vórtice para determinar con precisión la ubicación de su centro en relación con el área de detección.

Apague el SQUID y, a continuación, aplique un voltaje mayor que el voltaje de aterrizaje al elemento piezoeléctrico Z. Toque la muestra junto al centro del vórtice o arrastre lentamente el sensor mientras está en contacto con la muestra a la nueva ubicación de vórtice deseada. Vuelva a encender el SQUID y escanee la muestra a una altura constante para determinar la nueva ubicación del vórtice.

Los vórtices se generaron en una muestra de película delgada de niobio. Con este método, los vórtices se pueden mover en patrones definidos. Un vórtice puede moverse varias veces.

Incluso después de mover este vórtice 820 micrómetros, el vórtice permaneció estable en su nueva ubicación. La señal magnética se mapea registrando el flujo a través del SQUID en función de la posición. La señal se graba a través del bucle de captación del SQUID.

Sin embargo, el contacto con la muestra se realiza en la punta del chip sensor. Esta distancia debe compensarse al seleccionar una ubicación de contacto para la manipulación del vórtice. En este caso, el contacto se produce antes de registrar la señal magnética.

Si el sensor se enciende durante un escaneo de manipulación, el evento de desplazamiento aparece como un paso tenue en la señal. El vórtice, fotografiado en su nueva posición, parece intacto. Esta técnica se puede aplicar para estudiar el efecto de la tensión mecánica local en otros objetos nanomagnéticos.

Una técnica de manipulación eficaz y reproducible de objetos nanomagnéticos es esencial para promover posibles aplicaciones como los elementos lógicos.