Numérisation Etude SQUID de Vortex Manipulation par contact local

L’objectif global de cette procédure est de manipuler les vortex dans de minces films supraconducteurs par contrainte verticale locale sans appliquer de courant ou de champ magnétique. La capacité de contrôler la position des tourbillons individuels est nécessaire pour étudier comment les tourbillons interagissent les uns avec les autres, avec le matériau et avec d’autres objets magnétiques. Le principal avantage de cette technique est qu’il s’agit d’une méthode locale qui permet une manipulation très efficace d’un vortex individuel sans étapes de fabrication supplémentaires.

Nous avons d’abord observé l’effet de la déformation sur les objets submicro et ferromagnétiques lorsque nous avons utilisé SQUID pour imager et examiner la façon dont ils changent d’orientation à la suite d’une contrainte. Suite à cette étude, nous avons voulu étudier l’effet du stress local sur d’autres objets nanomagnétiques, et le premier système que nous avons testé est le système de vortex dans un supraconducteur. Tout d’abord, préparez un échantillon de film supraconducteur mince.

Ensuite, obtenez un capteur SQUID fabriqué sur une puce de silicium. Polissez doucement la puce avec du papier de polissage non magnétique pour former un point symétrique contenant la zone de détection. Le matériau doit être poli jusqu’en bas pour exposer la zone de détection.

Collez un porte-à-faux flexible sur une plaque conductrice avec une couche diélectrique. Ensuite, collez la puce du capteur sur le cantilever. Montez l’échantillon avec du vernis ou de la pâte d’argent.

Ensuite, fixez-le à l’élément piézoélectrique de l’axe Z. Installez deux télescopes sur des platines de translation et connectez les télescopes à un ordinateur via une caméra. Connectez le contrôleur du système de mouvement de la trajectoire de glissement.

Dirigez les télescopes à l’avant et sur le côté de la puce pour fournir une imagerie optique. À l’aide de l’étage de glissement Z-stick, déplacez l’échantillon à environ un micromètre du capteur afin que le capteur se reflète dans l’échantillon. Ne laissez pas l’échantillon entrer en contact avec le capteur.

Vérifiez les angles entre la puce et sa réflexion des deux côtés de la pointe lorsqu’elle est vue de face. Ensuite, déplacez l’échantillon d’environ 0,5 à un millimètre du capteur pour éviter d’endommager le SQUID. Faites pivoter les vis d’alignement de sorte que les angles entre la puce et sa réflexion soient égaux des deux côtés de la pointe lorsqu’elle est vue de face.

Ramenez l’échantillon à environ un micromètre du capteur et vérifiez à nouveau les angles. Une fois que les angles sont égaux, tournez les vis d’alignement jusqu’à ce que l’angle entre la puce et sa réflexion soit d’au moins quatre degrés lorsqu’elle est vue de côté pour vous assurer que la pointe entre en contact avec l’échantillon lors du déplacement des tourbillons. Il est important d’aligner le capteur de manière à ce que seule la pointe du capteur touche l’échantillon.

De cette façon, un point de contact distinct peut être déterminé. Chargez la tête de balayage du système SQUID dans un système de refroidissement à quatre Calvin. Pour générer des vortex, refroidissez l’échantillon à 4,2 Calvins en présence d’un champ magnétique basé sur la taille de l’échantillon et le nombre souhaité de vortex.

Désactivez le champ magnétique et allumez le SQUID. À l’aide du Z-stick slip, rapprochez l’échantillon de la puce du capteur. Appliquez une tension entre le cantilever et la plaque de détection de capacité pour amener le cantilever dans le circuit de pont.

Balayez l’élément Z Piezo de zéro à 200 volts tout en surveillant la capacité entre le cantilever et la plaque. Lorsque l’échantillon entre en contact avec la puce du capteur, un changement important de capacité se produit. Une fois que l’échantillon a réussi à entrer en contact avec la puce, répétez ce processus à plusieurs endroits sur l’échantillon pour définir le plan de l’échantillon par rapport au capteur.

Pour déplacer l’échantillon par rapport au capteur, balayez la tension sur les éléments piézoélectriques X et Y. Une fois le plan défini, utilisez l’élément piézoélectrique Z pour déplacer l’échantillon de sorte que le capteur balaie à une hauteur constante au-dessus de l’échantillon. Balayez autour d’un vortex pour déterminer précisément l’emplacement de son centre par rapport à la zone de détection.

Éteignez le SQUID, puis appliquez une tension supérieure à la tension d’atterrissage à l’élément piézoélectrique Z. Tapotez l’échantillon à côté du centre du vortex ou faites glisser lentement le capteur en contact avec l’échantillon vers le nouvel emplacement du vortex souhaité. Rallumez le SQUID et balayez l’échantillon à une hauteur constante pour déterminer l’emplacement du nouveau vortex.

Des tourbillons ont été générés sur un échantillon de couche mince de niobium. En utilisant cette méthode, les vortex peuvent être déplacés selon des motifs définis. Un vortex peut être déplacé plusieurs fois.

Même après avoir déplacé ce vortex de 820 micromètres, le vortex est resté stable à son nouvel emplacement. Le signal magnétique est cartographié en enregistrant le flux à travers le SQUID en fonction de la position. Le signal est enregistré via la boucle de captation du SQUID.

Cependant, le contact avec l’échantillon se fait à l’extrémité de la puce du capteur. Cette distance doit être compensée lors de la sélection d’un emplacement de contact pour la manipulation du vortex. Dans ce cas, le contact se produit avant l’enregistrement du signal magnétique.

Si le capteur est allumé pendant un balayage de manipulation, l’événement de déplacement apparaît sous la forme d’un faible pas dans le signal. Le vortex, imagé à sa nouvelle position, semble intact. Cette technique peut être appliquée pour étudier l’effet des contraintes mécaniques locales sur d’autres objets nanomagnétiques.

Une technique de manipulation efficace et reproductible d’objets nanomagnétiques est essentielle pour promouvoir des applications possibles telles que les éléments logiques.