現地連絡先によって渦操作のSQUID研究をスキャンします

サマリー

私たちは、局所的な機械的接触を使用して、薄い超伝導膜の個々の渦を操作するためのプロトコルを提示します。この方法には、電流、磁場、または追加の製造ステップを印加することは含まれていません。

要約

タイプ2超伝導体の個々の渦の局所的で決定論的な操作は困難です。個々の渦の位置を制御する能力は、渦が互いに、格子と、および他の磁性とどのように相互作用するかを研究するために必要です。ここでは、電流や磁場を印加せずに、局所的な接触によって薄い超伝導膜の渦操作のプロトコルを紹介します。渦は走査型超伝導量子干渉素子(SQUID)を用いて結像し、圧電素子を用いてシリコンチップの先端を試料に押し込むことで試料に垂直応力を加えます。渦は、サンプルを軽くたたくか、シリコンチップで掃くことによって移動します。私たちの方法は、フィルムを損傷したり、そのトポグラフィーに影響を与えたりすることなく、個々の渦を効果的に操作することを可能にします。渦が最大0.8mmの距離にどのように移動したかを示します。渦は新しい場所で最大5日間安定していました。この方法により、渦を制御し、それらを移動させて複雑な構成を形成することができます。この渦操作の手法は、渦ベースのロジックデバイスなどのアプリケーションにも実装できます。

概要

渦は、外部磁場の存在下で2型超伝導体で形成されたナノスケールでの磁性体です。欠陥のないサンプルでは、​​渦が自由に動くことができます。しかし、渦のためにエネルギー的に有利である縮小超伝導領域における材料の結果で異なる欠陥。渦はまた、ピン止め部位として知られ、これらの領域を飾るする傾向があります。この場合には、渦を移動させるために必要な力は、ピン止め力よりも大きくなければなりません。このような渦の濃度、相互作用の強さと範囲と渦の特性は、容易に外部磁界、温度、試料の形状によって決定されることができます。これらの特性を制御する能力は、それらを簡単に調整することができる凝縮物質の挙動のための良好なモデル系だけでなく、電子応用^1、2のための適切な候補になります。個々の渦の位置の制御は、このようなLOの設計に不可欠です外科用要素。

磁性ナノ粒子の機械的な制御は、以前に達成されました。 Kalisky ら。最近複合酸化物界面³強磁性パッチのローカル機械的応力の影響を研究するために走査超電導量子干渉素子（SQUID）を使用しました。彼らは、プロセス中に1μNの力を加え、試料にSQUIDの先端を押し、接触して走査することにより、パッチの向きを変更することができました。私たちは、渦を移動させるために私たちのプロトコ....

プロトコル

走査型SQUIDシステムへ1.アクセス

1. チップ^9、10、スティックスリップ粗動ステージ、および微動用ピエゾベースのスキャナ上に作製SQUIDセンサを含む走査型SQUIDシステムを使用してください。 図1を参照してください。
2. ピックアップループのコーナーにSQUIDチップを磨きます。チップの材料はすべての方法のピックアップループに除去する必要があります。
   1. ゆっくり5〜0.5μm程度の非磁性研磨紙を使用して、SQUIDを磨きます。
      注：研磨ステージ後にピックアップループはサンプルで、近接、または接触させることができます。

直流（DC）スパッタリング2.ニオブの堆積（NB）薄膜

1. 基板を得ました。この研究では、酸化ケイ素の500nmのホウ素ドープされたシリコン基板を用います。このようにSrTiOやMgOのような他の基板が可能です。
2. ベースpressuに到達チャンバー内の10 ^-7 Torrの再。 10分間、1.8Å/秒の成膜速度で2.4トルの圧力でアルゴン環境下で、99.95％Nbターゲットを用いて室温での蒸発チャンバを予めスパッタ。チャンバ内のベー....

結果

私たちのプロトコルが正常にNbを2サンプル、および窒化ニオブの9サンプル内の個々の、十分に分離渦の数千に試験しました。私たちは、Tcの上に試料を加熱し、磁場の存在下で4.2 Kに戻ってそれを冷却することによって、同じ試料上の新しい渦を発生させます。我々は、所望の渦密度を達成するために、外部磁界を選択しました。ここでは、これらの実験からのデータを示しています。これらの結果は、クレメンらによって詳細に記載されています。 ^11。

ここで説明するプロトコルは、さまざまな構成（ 図2）への渦の制御可能な操作を可能にします。シングル渦は1ミリメートル（ 図3）までの距離に亘って移動し、その新しい場所で安定的に推移しました。

ディスカッション

渦の成功操作は、いくつかの重要なステップに依存します。チップの先端が試料と接触する第一となるように、角度センサを位置合わせすることが重要です。第二に、試料に加わる力は、チップがマウントされているカンチレバーの機械的特性によって決定されることに留意することが重要です。弾性政権では、加えられた力は、フックの法則によれば、たわみ、xに比例します。
F = -kx

ここで、kは材料のヤング率、及びその物理的寸法によって決まるバネ定数は、であり、で与えられます。
K =のEt ^3/4リットル^3ワット

ここで、Eはヤング率である幅であり、lは長さwは、tは、ビームの厚さです。銅カンチレバーの場合、E = 117 GPaで。私たちのカンチレバーがk = 0.35 N /メートルを与えている、3ミリメートル、幅10.7ミリメートル、長、0.017ミリメートルの厚さでした。 Zピエゾの電圧が1 Vベロたときワットタッチダウン、たわみが1.6μmでした。これは、0.56μNの.......

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
スティックスリップ粗モーションシステム	attocube	ANPx-101	x,y モーション
スティックスリップ粗モーションシステム	attocube	ANPz-101	z モーション
スティックスリップ粗モーションシステムコントローラ	Attocube	ANC 300
高電圧増幅器	Attocube	ANC 250
データ収集カード	National Instruments	NI PCIe-6363
ピエゾ素子	ピエゾシステムズ	T2C	非磁性
ノイズ 電圧 プリアンプ	スタンフォード研究システム	SR 560
キャパシタンス ブリッジ	一般ラジオ	1615A
望遠鏡	ナビター	1-504516
カメラ	MOTICAM	MP2
デュワー	Cryofab	N/A
インサート	ICE オックスフォード	N/A
ミューメタルシールド	Amuneal	N/A
真空キャップ	ICE オックスフォード	N/A
スパッタリングシステム	AJA international Inc	N/A
ラッピングフィルム	3M	261X	非磁性
Nb ターゲット	Kurt J. Lesker	EJTNBXX351A2
GEワニス			極低温ヒートシンク
用銀ペースト	構造プローブ株式会社	05063-AB

低CMR-Direct02-33-001