Przedstawione tutaj wyniki są reprezentatywne dla zachowania transportowego, jakie mogą wykazywać nanostruktury tej klasy, a które zostało szczegółowo opisane w innych publikacjach23-26. W tym przykładzie wnęka nanodrutowa została skonstruowana (Rysunek 4) z heterostruktury LAO/STO o grubości 3,3 komórek elementarnych. Ścieżki przewodzące (zaznaczone na zielono) mają zazwyczaj szerokość 10 nm, co określono na podstawie eksperymentów z „cięciem” nanodrutów11. Prędkość i napięcie końcówki dla każdego segmentu można konfigurować niezależnie z panelu przedniego litografii (Rysunek 4B), podobnie jak prędkość zapisu końcówki. „Wirtualne elektrody”, które łączą się z kontaktami międzyfazowymi, zapewniają wysokoprzewodnościowe połączenie elektryczne z nanostrukturami.
Po wytworzeniu nanostruktury zostaje ona przeniesiona do lodówki rozcieńczalnikowej. Naświetlanie światłem o długości fali 550 nm lub krótszej wywoła niepożądaną fotoprzewodność, dlatego ważne jest, aby przenosić urządzenie w ciemności lub przy użyciu czerwonego światła „ciemniowego” (Rysunek 5A). Połączenia elektryczne należy wykonać w RT, a jak w przypadku większości nanostruktur półprzewodnikowych, należy zachować szczególną ostrożność podczas zmiany połączeń elektrycznych w temperaturach kriogenicznych. Jeśli urządzenie zostanie poddane wyładowaniu elektrostatycznemu, najprawdopodobniej stanie się izolatorem. Co niezwykłe, funkcjonalność urządzenia można przywrócić poprzez „cyklowanie” temperatury do 300 K i ponowne schłodzenie.
Podczas chłodzenia rutynowo monitoruje się rezystancję dwupunktową, a nawet czteropunktową, w funkcji temperatury. Do tych pomiarów do jednej z elektrod przykłada się napięcie prądu przemiennego (zazwyczaj ~1 mV) o niskiej częstotliwości (<10 Hz), podczas gdy prąd przemienny jest mierzony za pomocą wzmacniacza transimpedancyjnego. Demodulacja i filtrowanie sygnału są wykonywane przy użyciu autorskiego wzmacniacza lock-in. Prąd przemienny jest monitorowany w funkcji temperatury (Ryc. 5B).
Po schłodzeniu urządzenia do temperatury bazowej lodówki rozcieńczalnika (50 mK) wykonuje się pomiary transportu czteropunktowego (Rycyna 5C). Podczas tych pomiarów prąd jest przepływany przez główny kanał urządzenia, a jednocześnie mierzone jest napięcie na urządzeniu. Zamiast pomiaru za pomocą wzmacniacza lock-in, rejestrowana jest pełna charakterystyka prądowo-napięciowa (I-V). Metoda ta dostarcza więcej informacji, a przewodność różniczkową można obliczyć poprzez różniczkowanie numeryczne. Dla konkretnego urządzenia przewodność różniczkowa jest mierzona jako funkcja napięcia bramki bocznej Vsg. Bramka ta pozwala na zmianę potencjału chemicznego urządzenia. Transport przez urządzenie wykazuje silną zależność nieliniową, wskazując obszary, w których dla mniejszych wartości występuje blokada Coulombowska, a dla większych wartości Vsg silna nadprzewodność. Szczegóły dotyczące interpretacji fizycznej dla tej klasy urządzeń zostaną opisane w innym opracowaniu.

Rysunek 1. Etapy przetwarzania fotolitograficznego. Krok 1: nanoszenie fotorezystu metodą wirowania. Krok 2: naświetlanie fotorezystu za pomocą urządzenia do wyrównywania masek. Krok 3: wywoływanie fotorezystu. Krok 4: trawienie jonowe. Krok 5: napylanie DC w celu osadzenia Ti i Au. Krok 6: lift-off. Krok 7: osadzanie drugiej warstwy. Krok 8: czyszczenie plazmowe.

Rycina 2. Obrazy litograficznie wzorowanych heterostruktur LAO/STO. (A) Obraz przedstawiający próbkę o wymiarach 5mm x 5mm połączoną drutowo z nośnikiem chipa. (B) Obraz optyczny przedstawiający pady przyłączeniowe i jeden z obszarów roboczych (canvases). (C) Zbliżenie na pojedynczy obszar roboczy. Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 3. (A) Wstępny projekt nanostruktury LAO/STO. (B) Precyzyjny układ nanostruktury wykonany przy użyciu otwartoźródłowego edytora grafiki wektorowej (SVG).

Rycina 4. (A) Panel przedni litografii do wzorowania c-AFM. (B) Zrzut ekranu z symulatora 3D pokazujący pozycję i napięcie końcówki c-AFM. Aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny, kliknij tutaj.

Rycina 5. (A) Nanostruktura LAO/STO w trakcie umieszczania w lodówce rozcieńczalnikowej. (B) Monitorowanie rezystancji próbki podczas chłodzenia od 300 K do 50 mK. (C) Monitorowanie czterozakresowej przewodności różniczkowej urządzenia w funkcji napięcia bramki bocznej Vsg oraz napięcia przyłożonego do urządzenia (V4t). Wykres intensywności przedstawiony w jednostkach siemensa (S), a napięcia w jednostkach wolta (V).