La scansione SQUID Studio di Vortex manipolazione da locale Contatto

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di manipolare vortici in sottili film superconduttori mediante sollecitazione verticale locale senza applicare corrente o campo magnetico. La capacità di controllare la posizione dei singoli vortici è necessaria per studiare come i vortici interagiscono tra loro, con il materiale e con altri oggetti magnetici. Il vantaggio principale di questa tecnica è che si tratta di un metodo locale che consente una manipolazione molto efficace di un singolo vortice senza ulteriori passaggi di fabbricazione.

Abbiamo assistito per la prima volta all'effetto della deformazione su oggetti submicro e ferro-magnetici quando abbiamo utilizzato SQUID per visualizzare ed esaminare il modo in cui cambiano il loro orientamento a causa dello stress. A seguito di questo studio, abbiamo voluto studiare l'effetto dello stress locale su altri oggetti nano-magnetici, e il primo sistema che abbiamo testato è il sistema di vortici in un superconduttore. Innanzitutto, preparare un campione di film superconduttore sottile.

Quindi, procurati un sensore SQUID fabbricato su un chip di silicio. Lucidare delicatamente il chip con carta lucidante non magnetica per formare un punto simmetrico contenente l'area di rilevamento. Il materiale deve essere lucidato fino in fondo per esporre l'area di rilevamento.

Incollare un cantilever flessibile a una piastra conduttrice con uno strato dielettrico. Quindi, incolla il chip del sensore al cantilever. Montare il campione con vernice o pasta d'argento.

Quindi, collegalo all'elemento piezoelettrico dell'asse Z. Posizionate due telescopi sulle fasi di traslazione e collegateli a un computer tramite una fotocamera. Collegare il controller del sistema di movimento del percorso di scorrimento dello stick.

Dirigere i telescopi sulla parte anteriore e laterale del chip per fornire immagini ottiche. Utilizzando lo stadio di scorrimento Z-stick, spostare il campione a circa un micrometro dal sensore in modo che il sensore si rifletta nel campione. Non permettere al campione di entrare in contatto con il sensore.

Controllare gli angoli tra il chip e il suo riflesso su entrambi i lati della punta quando viene visto di fronte. Quindi, spostare il campione di circa 0,5-un millimetro di distanza dal sensore per evitare danni allo SQUID. Ruotare le viti di allineamento in modo che gli angoli tra il truciolo e la sua riflessione siano uguali su entrambi i lati della punta quando si guarda di fronte.

Spostare il campione a circa un micrometro dal sensore e controllare nuovamente gli angoli. Una volta che gli angoli sono uguali, ruotare le viti di allineamento fino a quando l'angolo tra il chip e la sua riflessione è di almeno quattro gradi se visto di lato per assicurarsi che la punta tocchi il campione quando si spostano i vortici. È importante allineare il sensore ad angolo in modo che solo la punta del sensore tocchi il campione.

In questo modo, è possibile determinare un punto di contatto distinto. Caricare la testa di scansione del sistema SQUID in un sistema di raffreddamento a quattro Calvin. Per generare vortici, raffreddare il campione a 4,2 Calvin in presenza di un campo magnetico in base alla dimensione del campione e al numero desiderato di vortici.

Spegni il campo magnetico e accendi lo SQUID. Utilizzando lo slittamento Z-stick, avvicinare il campione al chip del sensore. Applicare tensione tra il cantilever e la piastra di rilevamento della capacità per portare il cantilever nel circuito del ponte.

Sposta l'elemento piezoelettrico Z da zero a 200 volt monitorando la capacità tra il cantilever e la piastra. Quando il campione entra in contatto con il chip del sensore, si verifica un grande cambiamento di capacità. Una volta che il campione è entrato in contatto con successo con il chip, ripetere questo processo in diversi punti del campione per definire il piano del campione rispetto al sensore.

Per spostare il campione rispetto al sensore, spazzare la tensione sugli elementi piezoelettrici X e Y. Una volta definito il piano, utilizzare l'elemento piezoelettrico Z per spostare il campione in modo che il sensore esegua la scansione a un'altezza costante sopra il campione. Scansiona un vortice per determinare con precisione la posizione del suo centro rispetto all'area di rilevamento.

Spegnere lo SQUID, quindi applicare una tensione maggiore della tensione di contatto all'elemento piezoelettrico Z. Toccare il campione accanto al centro del vortice o trascinare lentamente il sensore mentre è a contatto con il campione nella nuova posizione del vortice desiderata. Riaccendere lo SQUID e scansionare il campione a un'altezza costante per determinare la nuova posizione del vortice.

I vortici sono stati generati su un campione di film sottile di niobio. Utilizzando questo metodo, i vortici possono essere spostati in schemi definiti. Un vortice può essere spostato più volte.

Anche dopo aver spostato questo vortice di 820 micrometri, il vortice è rimasto stabile nella sua nuova posizione. Il segnale magnetico viene mappato registrando il flusso attraverso lo SQUID in funzione della posizione. Il segnale viene registrato attraverso il loop di pickup dello SQUID.

Tuttavia, il contatto con il campione avviene sulla punta del chip del sensore. Questa distanza deve essere compensata quando si seleziona una posizione di contatto per la manipolazione del vortice. In questo caso, il contatto avviene prima della registrazione del segnale magnetico.

Se il sensore viene acceso durante una scansione di manipolazione, l'evento di spostamento appare come un debole passo nel segnale. Il vortice, ripreso nella sua nuova posizione, appare intatto. Questa tecnica può essere applicata per studiare l'effetto dello stress meccanico locale su altri oggetti nano-magnetici.

Una tecnica di manipolazione efficace e riproducibile di oggetti nano-magnetici è essenziale per promuovere possibili applicazioni come gli elementi logici.