Name: Skanujące badanie SQUID manipulacji wirami przez kontakt lokalny (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-02-01T14:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 53 s
Description: Poznaj metodę manipulacji wirami w cienkich filmach nadprzewodzących za pomocą lokalnego naprężenia mechanicznego. Technika umożliwia precyzyjną kontrolę położenia wirów bez zewnętrznych pól magnetycznych i prądu.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dziękujemy A. Sharoni z Uniwersytetu Bar-Ilan za dostarczenie filmów nadprzewodzących. Badania te były wspierane przez grant Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych ERC-2014-STG-639792, grant na integrację kariery Marie Curie FP7-PEOPLE-2012-CIG-333799 oraz grant Izraelskiej Fundacji Naukowej ISF-1102/13.

1. Dostęp do skanującego systemu SQUID
<ol>
	<li>Użyj skanującego systemu SQUID, który zawiera czujnik SQUID wykonany na chipie9,10, stick slip coarse motion stage i skaner piezotyczny do precyzyjnego ruchu. Zobacz rysunek 1.</li>
	<li>Wypoleruj chip SQUID w rogu wokół pętli odbioru. Materiał, z którego wykonany jest chip, musi zostać usunięty aż do pętli odbiorczej.
	<ol>
		<li>Delikatnie wypoleruj SQUID za pomocą niemagnetycznego papieru polerskiego o grubości od 5 do 0,5 μm. 
		UWAGA: Po etapie polerowania pętlę odbiorczą można zbliżyć lub zetknąć się z próbką.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Osadzanie cienkiej warstwy niobu (Nb) z rozpylaniem prądem stałym (DC)
<ol>
	<li>Uzyskać podłoże. W tej pracy użyj substratu krzemowego domieszkowanego borem z 500 nm tlenku krzemu. Możliwe są inne substraty, takie jak SrTiO i MgO.</li>
	<li>Osiągnij ciśnienie podstawowe 10-7 Torr w komorze. Wstępnie napylać komorę parowania w temperaturze pokojowej z celem 99,95% Nb, w środowisku argonu pod ciśnieniem 2,4 mTorr z szybkością osadzania 1,8 A/s przez 10 minut. Należy pamiętać, że proces osadzania można rozpocząć tylko wtedy, gdy ciśnienie podstawowe w komorze jest mniejsze niż 10-7 Torr. Jeśli ciśnienie jest wyższe, powtórz etap rozpylania wstępnego.</li>
	<li>Umieść podłoże w komorze.</li>
	<li>Osadzanie cienkiej warstwy Nb przez napylanie w temperaturze pokojowej z tarczy 99,95% Nb, w środowisku argonu pod ciśnieniem 2,4 mTorr z szybkością osadzania 1,8 A/s.</li>
</ol>
3. Wyrównanie końcówki próbki
<ol>
	<li>Na tym etapie wyrównaj chip czujnika z próbką tak, aby końcówka chipa stykała się z próbką podczas przesuwania wirów. Aby to osiągnąć, należy użyć kąta wyrównania co najmniej 4°.</li>
	<li>Przyklej elastyczny wspornik do płyty przewodzącej z warstwą dielektryczną. Następnie przyklej chip SQUID do wspornika. Pojemność między wspornikiem a płytą statyczną określa kontakt z próbką i zakres przyłożonego naprężenia.</li>
	<li>Załaduj próbkę do mikroskopu. Przyklej próbkę do wyznaczonego uchwytu próbki za pomocą lakieru lub pasty srebrnej. Przyklej uchwyt do elementu piezoelektrycznego Z (Rysunek 1a).</li>
	<li>Podłącz system ruchu zgrubnego drążka do sterownika.</li>
	<li>Skonfiguruj obrazowanie optyczne pod dwoma kątami — z przodu i z boku chipa. Użyj dwóch teleskopów umieszczonych na stolikach translacyjnych, skierowanych na przód chipa i jeden z jego boków.</li>
	<li>Korzystając ze stolika ruchu zgrubnego z drążkiem Z, przesuń próbkę na odległość 1 μm od czujnika, tak aby odbicie czujnika było widoczne na próbce. 
	UWAGA: Kontakt między próbką a czujnikiem na tym etapie może uszkodzić SQUID.</li>
	<li>Odsuń próbkę o 0,5 - 1 mm od czujnika za pomocą stolika ruchu zgrubnego Z stick, aby zapobiec uszkodzeniu SQUID.</li>
	<li>Obróć wyrównujące (Rysunek 1a), aby uzyskać równe kąty przednie (tj. kąty, jakie boki końcówki chipa tworzą z jego odbiciem, jak pokazano na rysunku 1c).</li>
	<li>Przesunąć próbkę na odległość 1 μm od czujnika. Sprawdź kąty i w razie potrzeby powtórz kroki 3.7 i 3.8.</li>
	<li>Obróć wyrównujące, aby uzyskać kąt 4 stopni między czujnikiem a próbką (Rysunek 1d). Upewnij się, że końcówka chipa jest częścią, która styka się z próbką.</li>
</ol>
4. Pomiary
<ol>
	<li>Załaduj głowicę skanującą (Rysunek 1a) do układu chłodzenia 4 K. 
	UWAGA: Głowica skanująca powinna być podłączona do zimnej płyty i otoczona puszką próżniową. Owiń cewkę wokół puszki w celu przyłożenia zewnętrznego pola magnetycznego (do tego badania wystarczą niskie pola kilku Gaussów). Przykryj tę konfigurację osłoną z mumetalu.</li>
	<li>Schłodzić w obecności pola magnetycznego, doprowadzając prąd przez cewkę otaczającą mikroskop. Starannie dobieraj natężenie pola, aby osiągnąć pożądaną gęstość wiru. Użyj 1Φ0 = 20,7 G/μm2, aby obliczyć pole czasu odnowienia. Na przykład dla 10 wirów w obszarze 10 μm na 10 μm zastosuj 2,07 G.</li>
	<li>Do zmiany na nową próbkę ciepła o gęstości wirowej powyżej temperatury przejścia nadprzewodzącego (dla Nb, ciepło powyżej 10 K). Zastosuj nowe pole.</li>
	<li>Schłodzić próbkę do 4,2 K.</li>
	<li>Wyłącz pole magnetyczne. Włącz SQUID.</li>
	<li>Przesunąć próbkę w pobliże SQUID za pomocą systemu ruchu zgrubnego poślizgu drążka.
	<ol>
		<li>Zastosuj rosnące napięcia na kostce ślizgowej Z-stick, aby przesunąć próbkę bliżej chipa SQUID.</li>
		<li>Podłącz napięcie między wspornikiem a płytką do odczytu pojemności za pomocą mostka pojemnościowego (zwykle 0,1-1 V).</li>
		<li>Przemiatanie napięcia na elemencie piezoelektrycznym Z. Zmierz pojemność między wspornikiem a płytą. Jeśli nastąpi duża zmiana pojemności, próbka styka się z chipem SQUID.</li>
		<li>Jeśli próbka nie zetknęła się z chipem, powtarzaj kroki 4.6.1-4.6.3, aż do zaobserwowania kontaktu.</li>
		<li>Opcjonalnie: Użyj ruchu kursu, aby dostosować odstęp między końcówką a próbką tak, aby kontakt następował przy niskich napięciach (0 - 10 V przyłożonych do piezometru Z).</li>
		<li>Po nawiązaniu kontaktu powtórzyć kroki 4.6.2-4.6.3 w kilku miejscach w celu określenia kątów nachylenia powierzchni i zdefiniowania płaszczyzny próbki względem czujnika.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przemiataj napięcie na elementach piezoelektrycznych X i Y, aby przesunąć próbkę względem czujnika. Skanuj na stałej wysokości nad próbką, bez kontaktu między końcówką a próbką, w celu zmapowania rozkładu wirów. Osiągnij stałą wysokość skanowania, zmieniając napięcie na piezoelektrycznym Z zgodnie z położeniami X i Y oraz na płaszczyznę zdefiniowaną w ppkt 4.6.</li>
	<li>Wybierz wir i skanuj wokół niego, aby precyzyjnie określić położenie jego środka. Należy pamiętać, że położenie wiru jest względne w stosunku do pętli odbioru SQUID, a nie do punktu kontaktowego.</li>
	<li>Wyłącz SQUID.</li>
	<li>Przyłóż napięcie większe niż napięcie przyziemienia do piezoelektrycznego z i albo dotknij obok środka wiru, albo przeciągnij wir, powoli przeciągając czujnik (w kontakcie z próbką) po próbce do żądanego miejsca. Wir przesunie się w kierunku kranu lub w kierunku zamiatania. Typowe wartości, które należy dodać do przyłożonego napięcia piezoelektrycznego to 2-5 V.</li>
	<li>Włącz SQUID.</li>
	<li>Obraz ponownie na stałej wysokości bez kontaktu, aby zlokalizować nowe położenie wiru.</li>
</ol>

<ol><li>Olson Reichhardt, C. J., Hastings, M. B. <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/cond-mat/0307374">Do Vortices Entangle?</a> Phys. Rev. Lett. 92, 157002(2004).</li>
<li>Milošević, M. V., Berdiyorov, G. R., Peeters, F. M. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl301451e">Fluxonic cellular automata.</a> Appl. Phys. Lett. 91, 212501(2007).</li>
<li>Kalisky, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scanning+Probe+Manipulation+of+Magnetism+at+the+LaAlO3%2FSrTiO3+Heterointerface%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Scanning Probe Manipulation of Magnetism at the LaAlO3/SrTiO3 Heterointerface.</a> Nano Lett. 12, 4055-4059 (2012).</li>
<li>Silva, C. C. D. S., Van de Vondel, J., Morelle, M., Moshchalkov, V. V. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nature/journal/v440/n7084/full/nature04595.html">Controlled multiple reversals of a ratchet effect.</a> Nature. 440, 651-654 (2006).</li>
<li>Kalisky, B., et al. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.3137164">Dynamics of single vortices in grain boundaries: I-V characteristics on the femtovolt scale.</a> Appl. Phys. Lett. 94, 202504(2009).</li>
<li>Embon, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probing+dynamics+and+pinning+of+single+vortices+in+superconductors+at+nanometer+scales%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Rep%22%5BJournal%5D)">Probing dynamics and pinning of single vortices in superconductors at nanometer scales.</a> Sci. Rep. 5, 7598(2015).</li>
<li>Auslaender, O. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nphys/journal/v5/n1/full/nphys1127.html">Mechanics of individual isolated vortices in a cuprate superconductor.</a> Nature Phys. 5, 35-39 (2008).</li>
<li>Kalisky, B., et al. <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/1012.4271">Behavior of vortices near twin boundaries in underdoped Ba(Fe1-xCox)2As2.</a> Phys. Rev. B. 83, 064511(2011).</li>
<li>Huber, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gradiometric+micro-SQUID+susceptometer+for+scanning+measurements+of+mesoscopic+samples%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">Gradiometric micro-SQUID susceptometer for scanning measurements of mesoscopic samples.</a> Rev. Sci. Instrum. 79, 053704(2008).</li>
<li>Koshnick, N. C., et al. <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/0901.0308">A terraced scanning super conducting quantum interference device susceptometer with submicron pickup loops.</a> Appl. Phys. Lett. 93, 243101(2008).</li>
<li>Kremen, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+Control+of+Individual+Superconducting+Vortices%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Mechanical Control of Individual Superconducting Vortices.</a> Nano Lett. 16, 1626-1630 (2016).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Skuteczna manipulacja wirami zależy od kilku krytycznych kroków. Ważne jest, aby ustawić czujnik pod kątem, tak aby końcówka chipa jako pierwsza zetknęła się z próbką. Po drugie, należy zauważyć, że siła wywierana na próbkę zależy od właściwości mechanicznych wspornika, na którym zamontowany jest chip. W reżimie sprężystym przyłożona siła jest proporcjonalna do ugięcia, x, zgodnie z prawem Hooke'a: F = -kx
Gdzie k jest stałą sprężystości, określoną przez moduł Younga materiału i jego wymi...

Wiry to obiekty magnetyczne w nanoskali, powstające w nadprzewodnikach typu 2 w obecności zewnętrznego pola magnetycznego. W próbce wolnej od wad wiry mogą się swobodnie poruszać. Jednak różne defekty materiału skutkują powstawaniem obszarów o zmniejszonej nadprzewodnictwie, które są energetycznie korzystne dla wirów. Wiry mają tendencję do ozdabiania tych regionów, znanych również jako miejsca przypinania. W takim przypadku siła wymagana do przemieszczenia wiru musi być większa niż siła sworznienia. Właściwości wirów, takie jak gęstość wiru, siła oddziaływania i zasięg, można łatwo określić na podstawie pola zewnętrznego, temperatury lub geometrii próbki. Zdolność do kontrolowania tych właściwości sprawia, że są one dobrym systemem modelowym dla zachowania materii skondensowanej, który można łatwo dostroić, a także odpowiednimi kandydatami do zastosowań elektronicznych1,2. Kontrola położenia poszczególnych wirów jest niezbędna do projektowania takich elementów logicznych.
Mechaniczna kontrola magnetycznych nanocząstek została osiągnięta już wcześniej. Kalisky i in. niedawno wykorzystali skaningowe nadprzewodzące urządzenie do interferencji kwantowej (SQUID) do zbadania wpływu lokalnych naprężeń mechanicznych na plamy ferromagnetyczne w złożonych interfejsach tlenkowych3. Byli w stanie zmienić orientację plastra poprzez skanowanie w kontakcie, wciskając końcówkę SQUID w próbkę, przykładając przy tym siłę do 1 μN. Podobną metodę zastosowaliśmy w naszym protokole w celu przemieszczania wirów.
W istniejących badaniach nad manipulacją wirami, ruch był osiągany poprzez przyłożenie prądu do próbki, tworząc w ten sposób siłę Lorentza 4,5,6. Chociaż ta metoda jest skuteczna, nie jest lokalna, a aby kontrolować pojedynczy wir, wymagana jest dodatkowa produkcja. Wirami można również manipulować poprzez zastosowanie zewnętrznego pola magnetycznego, na przykład za pomocą mikroskopu sił magnetycznych (MFM) lub cewki pola SQUID7,8. Ta metoda jest skuteczna i lokalna, ale siła wywierana przez te narzędzia jest niewielka i może pokonać siłę kołkowania tylko w wysokich temperaturach, bliskich krytycznej temperaturze nadprzewodnika. Nasz protokół pozwala na skuteczną, lokalną manipulację w niskich temperaturach (4 K) bez dodatkowego wytwarzania próbki.
Obrazujemy wiry za pomocą skaningowej mikroskopii SQUID. Czujnik jest wykonany na krzemowym chipie, który jest polerowany w rogu i przyklejany do elastycznego wspornika. Wspornik służy do pojemnościowego wykrywania powierzchni. Chip umieszcza się pod kątem do próbki, tak aby punkt styku znajdował się na końcu chipa. Przykładamy siły do 2 μN, wciskając wiór w próbkę. Przesuwamy próbkę względem SQUID za pomocą elementów piezoelektrycznych. Przesuwamy wir, stukając w silikonową końcówkę obok wiru lub zamiatając ją, dotykając wiru.

<table><tbody><tr><td>system ruchu zgrubnego patyczka</td><td>attocube</td><td>ANPx-101</td><td>x,y ruch</td></tr><tr><td>drążka poślizg zgrubny system ruchu zgrubnego</td><td>attocube</td><td>ANPz-101</td><td>z drążek ruchu</td></tr><tr><td>poślizg kontroler systemu ruchu zgrubnego</td> Wzmacniacz wysokiego napięcia <td>Attocube</td><td>ANC 300</td><td></td></tr> Karta akwizycji <tr><td></td><td>danych Attocube</td><td>ANC 250</td><td></td></tr><tr><td></td><td>National</td><td>Instruments NI&nbsp; PCIe-6363</td><td></td></tr><tr><td>elementy piezoelektryczne</td><td>Piezo Systems Inc</td><td>T2C</td><td>niemagnetyczny</td></tr><tr><td>niskoszumowy przedwzmacniacz napięciowy</td><td>Stanford Research Systems</td><td>SR 560</td><td></td></tr><tr><td>mostek pojemnościowy</td><td>General Radio</td><td>1615A</td><td></td></tr><tr><td>teleskop</td><td>NAVITAR</td><td>1-504516</td><td></td></tr><tr><td>kamera</td><td>MOTICAM</td><td>MP2</td><td></td></tr><tr><td>dewar</td><td>Cryofab</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>wkładka</td><td>ICE oxford</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Mu-metalowa osłona</td><td>Amuneal</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>nasadka próżniowa</td><td>ICE oxford</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>system rozpylania</td><td>AJA international Inc</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>folia docierająca</td><td>3M</td><td>261X</td><td>niemagnetyczny</td></tr><tr><td>cel Nb</td><td>Kurt J. Lesker</td><td>EJTNBXX351A2</td><td></td></tr><tr><td>GE Lakier</td><td>CMR-Direct</td><td>02-33-001</td><td>do kriogenicznego radiatora</td></tr><tr><td>Pasta srebrna</td><td>Sonda strukturalna Inc</td><td>05063-AB</td><td></td></tr></tbody></table>

skanujące badanie squid manipulacji wirami przez kontakt lokalny

Scanning SQUID Study of Vortex Manipulation by Local Contact

Lokalna, deterministyczna manipulacja pojedynczymi wirami w nadprzewodnikach typu 2 jest wyzwaniem. Zdolność do kontrolowania położenia poszczególnych wirów jest niezbędna do badania, w jaki sposób wiry oddziałują ze sobą, z siecią i z innymi obiektami magnetycznymi. W tym miejscu przedstawiamy protokół manipulacji wirami w cienkich warstwach nadprzewodzących przez kontakt lokalny, bez stosowania prądu lub pola magnetycznego. Wiry są obrazowane za pomocą skaningowego nadprzewodzącego urządzenia do interferencji kwantowej (SQUID), a naprężenia pionowe są przykładane do próbki poprzez wciśnięcie końcówki chipa krzemowego do próbki za pomocą elementu piezoelektrycznego. Wiry są poruszane poprzez stukanie w próbkę lub zamiatanie jej silikonową końcówką. Nasza metoda pozwala na skuteczne manipulowanie pojedynczymi wirami, bez uszkadzania folii i naruszania jej topografii. Pokazujemy, w jaki sposób wiry były przemieszczane na odległość do 0,8 mm. Wiry pozostawały stabilne w nowym miejscu do pięciu dni. Dzięki tej metodzie możemy kontrolować wiry i przesuwać je w złożone konfiguracje. Ta technika manipulacji wirami może być również zaimplementowana w aplikacjach takich jak urządzenia logiczne oparte na wirach.

Nasz protokół został pomyślnie przetestowany na tysiącach pojedynczych, dobrze odseparowanych wirów w dwóch próbkach Nb oraz dziewięciu próbkach NbN. Nowe wiry generujemy w tej samej próbce poprzez ogrzanie jej powyżej Tc, a następnie schłodzenie z powrotem do 4.2 K w obecności pola magnetycznego. Zewnętrzne pole magnetyczne dobieraliśmy w celu uzyskania pożądanej gęstości wirów. Prezentujemy tutaj dane z tych eksperymentów. Wyniki te zostały szczegółowo opisane przez Kremen et al.</e...

Prezentujemy protokół manipulowania pojedynczymi wirami w cienkich warstwach nadprzewodzących, wykorzystując lokalny kontakt mechaniczny. Metoda nie obejmuje zastosowania prądu, pola magnetycznego ani dodatkowych etapów wytwarzania.

Skanujące badanie SQUID manipulacji wirami przez kontakt lokalny

Local, deterministic manipulation of individual vortices in type 2 superconductors is challenging. The ability to control the position of individual ...

Ogólnym celem tej procedury jest manipulowanie wirami w cienkich warstwach nadprzewodzących poprzez lokalne naprężenia pionowe bez stosowania prądu lub pola magnetycznego. Zdolność do kontrolowania położenia poszczególnych wirów jest niezbędna do badania, w jaki sposób wiry oddziałują ze sobą, z materią i z innymi obiektami magnetycznymi. Główną zaletą tej techniki jest to, że jest to metoda lokalna, która pozwala na bardzo skuteczną manipulację pojedynczym wirem bez dodatkowych etapów wytwarzania.Po raz pierwszy zaobserwowaliśmy wpływ naprężeń na obiekty submikro i ferromagnetyczne, gdy użyliśmy SQUID do zobrazowania i zbadania sposobu, w jaki zmieniają one swoją orientację w wyniku naprężeń. Po tym badaniu chcieliśmy zbadać wpływ naprężeń lokalnych na inne obiekty nanomagnetyczne, a pierwszym testowanym przez nas układem jest układ wirów w nadprzewodniku. Najpierw przygotuj cienką próbkę filmu nadprzewodzącego.Następnie zaopatrz się w czujnik SQUID wykonany na chipie krzemowym. Delikatnie wypoleruj chip niemagnetycznym papierem polerskim, aby utworzyć symetryczny punkt zawierający obszar wykrywania. Materiał musi być wypolerowany do samego dołu, aby odsłonić obszar wykrywania.Przyklej elastyczny wspornik do płyty przewodzącej z warstwą dielektryczną. Następnie przyklej chip czujnika do wspornika. Zamontuj próbkę lakierem lub pastą srebrną.Następnie przymocuj go do elementu piezoelektrycznego osi Z. Ustaw dwa teleskopy na stolikach translacyjnych i podłącz je do komputera za pomocą kamery. Podłącz kontroler systemu ruchu toru ślizgu drążka.Skieruj teleskopy z przodu i z boku chipa, aby zapewnić obrazowanie optyczne. Korzystając ze stolika Z-stick, przesuń próbkę na około jeden mikrometr od czujnika, tak aby czujnik odbijał się w próbce. Nie pozwól, aby sample stykał się z czujnikiem.Sprawdź kąty między chipem a jego odbiciem po obu stronach końcówki, patrząc z przodu. Następnie odsuń próbkę o około 0,5 do jednego milimetra od czujnika, aby zapobiec uszkodzeniu SQUID. Obróć wyrównujące tak, aby kąty między wiórem a jego odbiciem były równe po obu stronach końcówki, patrząc od przodu.Przesuń próbkę z powrotem na około jeden mikrometr od czujnika i ponownie sprawdź kąty. Gdy kąty są równe, obracaj wyrównujące, aż kąt między chipem a jego odbiciem wyniesie co najmniej cztery stopnie, patrząc z boku, aby upewnić się, że końcówka styka się z próbką podczas przesuwania wirów. Ważne jest, aby ustawić elektrodę pod takim kątem, aby tylko końcówka czujnika dotykała próbki.W ten sposób można wyznaczyć odrębny punkt kontaktowy. Załaduj głowicę skanującą systemu SQUID do układu chłodzenia z czterema Calvinami. Aby wygenerować wiry, schłodź próbkę do 4,2 Calvina w obecności pola magnetycznego w oparciu o wielkość próbki i pożądaną liczbę wirów.Wyłącz pole magnetyczne i włącz SQUID. Używając ślizgu Z-stick, przesuń próbkę bliżej chipa czujnika. Zastosuj napięcie między wspornikiem a płytką wykrywania pojemności, aby wprowadzić wspornik do obwodu mostka.Zmieść element piezoelektryczny Z od zera do 200 woltów, monitorując pojemność między wspornikiem a płytą. Gdy próbka zetknie się z chipem czujnika, nastąpi duża zmiana pojemności. Gdy próbka pomyślnie zetknie się z chipem, powtórz ten proces w kilku miejscach na próbce, aby zdefiniować płaszczyznę próbki względem czujnika.Aby przesunąć próbkę względem czujnika, należy przesunąć napięcie na elementach piezoelektrycznych X i Y. Po zdefiniowaniu płaszczyzny użyj elementu piezoelektrycznego Z, aby przesunąć próbkę tak, aby czujnik skanował na stałej wysokości nad próbką. Skanuj wokół jednego wiru, aby precyzyjnie określić położenie jego środka względem obszaru wykrywania.Wyłącz SQUID, a następnie przyłóż napięcie większe niż napięcie przyziemienia do elementu piezoelektrycznego Z. Dotknij próbki obok środka wiru lub powoli przeciągnij czujnik w kontakcie z próbką do żądanego nowego miejsca wiru. Włącz ponownie SQUID i zeskanuj próbkę na stałej wysokości, aby określić nową lokalizację wiru.Wiry zostały wygenerowane na próbce cienkowarstwowej niobu. Za pomocą tej metody wiry mogą być przesuwane w określone wzory. Wir może być poruszany wielokrotnie.Nawet po przesunięciu tego wiru o 820 mikrometrów, wir pozostał stabilny w swoim nowym miejscu. Sygnał magnetyczny jest odwzorowywany poprzez rejestrację strumienia przez SQUID w funkcji położenia. Sygnał jest rejestrowany przez pętlę odbioru SQUID.Jednak kontakt z próbką odbywa się na końcówce chipa czujnika. Odległość ta musi być skompensowana przy wyborze miejsca kontaktu do manipulacji wirem. W tym przypadku kontakt następuje przed zarejestrowaniem sygnału magnetycznego.Jeśli czujnik zostanie włączony podczas skanowania manipulacyjnego, zdarzenie przemieszczenia pojawia się jako słaby krok w sygnale. Wir, sfotografowany w nowym położeniu, wydaje się nienaruszony. Technika ta może być zastosowana do badania wpływu lokalnych naprężeń mechanicznych na inne obiekty nanomagnetyczne.Skuteczna i powtarzalna technika manipulacji obiektami nanomagnetycznymi jest niezbędna do promowania możliwych zastosowań, takich jak elementy logiczne.

scanning-squid-study-of-vortex-manipulation-by-local-contact

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Opisano proces wytwarzania kanałów mikroprzepływowych oraz ich zastosowanie w eksperymentach służących do badania zachowań chemotaktycznych morskich drobnoustrojów w niejednorodnym środowisku nutrientowym (patchy nutrient seascape) oraz zachowań pływackich bakterii w przepływie ścinającym.

Odpowiedź chemotaktyczna mikroorganizmów morskich na mikroskalowe warstwy składników odżywczych

Niniejszy protokół zawiera instrukcje dotyczące obsługi autonomicznego urządzenia do pomiaru prędkości przepływu pod wodą (SCUVA), które zostało zaprojektowane do kwantyfikacji przepływów generowanych przez zwierzęta in situ. Ponadto protokół ten odnosi się do wyzwań wynikających z warunków terenowych, w tym do ruchów operatora, przewidywania pozycji zwierząt oraz orientacji urządzenia SCUVA.

Ilościowy pomiar przepływów in situ przy użyciu autonomicznego urządzenia do podwodnej welocymetrii (SCUVA)

Polipy fałdów głosowych mogą zakłócać dynamikę fałdów głosowych, a tym samym mogą mieć katastrofalne konsekwencje dla zdolności pacjenta do komunikowania się. Trójwymiarowa separacja przepływu indukowana przez naścienny polip modelowy i jego wpływ na obciążenie ciśnieniowe ściany jest badana za pomocą prędkości obrazu cząstek, wizualizacji linii tarcia skóry i pomiarów ciśnienia w ścianie.

Badanie trójwymiarowej separacji przepływu indukowanej przez modelowy polip fałdu głosowego

Nanoskopia sondy koloidalnej może być używana w różnych dziedzinach, aby uzyskać wgląd w fizyczną stabilność i kinetykę krzepnięcia systemów koloidalnych oraz pomóc w odkrywaniu leków i naukach o recepturach przy użyciu systemów biologicznych. Opisana w nim metoda dostarcza ilościowych i jakościowych środków do badania takich systemów.

Ilościowe i jakościowe badanie oddziaływań cząstka-cząstka za pomocą nanoskopii sondy koloidalnej

Opisano dwa eksperymentalne urządzenia do badania uderzenia strumienia cieczy w poruszającą się powierzchnię o dużej prędkości: urządzenie z armatą powietrzną i urządzenie z wirującym dyskiem. Aparatura służy do określania optymalnych podejść do stosowania płynnego modyfikatora tarcia (LFM) na torach kolejowych w celu kontroli tarcia na szczycie szyny.

Wizualizacja zaparcia strumienia cieczy o dużej prędkości na ruchomej powierzchni

Używamy druku 3D do wytwarzania anizotropowych cząstek w kształcie waletów, krzyżyków, tetrad i triad, których wyrównanie i rotacje w turbulentnym przepływie płynu mogą być mierzone na podstawie wielu jednoczesnych obrazów wideo.

Metody pomiaru orientacji i szybkości rotacji cząstek wydrukowanych w 3D w turbulencji

Demonstrujemy precyzyjną manipulację pojedynczymi cząsteczkami organicznymi na powierzchni metalu za pomocą końcówki mikroskopu sondy skanującej napędzanego w 3D ręką eksperymentatora za pomocą systemu przechwytywania ruchu i w pełni immersyjnych gogli wirtualnej rzeczywistości.

Ręcznie sterowana manipulacja pojedynczymi cząsteczkami za pomocą mikroskopu z sondą skanującą z interfejsem 3D Virtual Reality

Opisana jest platforma roboyczna, która będzie używana do badania wydajności hydrodynamicznej - sił i pól przepływu - pływającego kalifornijskiego lwa morskiego. Robot jest modelem płetwy przedniej zwierzęcia, która jest uruchamiana przez silniki, aby odtworzyć ruch jego ruchu napędowego ("klaśnięcia").

Platforma robotyczna do badania płetwy przedniej lwa morskiego z Kalifornii

Przedstawiono protokół wytwarzania magnetycznych mikro- i nanostruktur o konfiguracjach spinowych tworzących wiry magnetyczne odpowiednie do badań transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM) i magnetycznej transmisyjnej mikroskopii rentgenowskiej (MTXM).

Wytwarzanie nanostruktur magnetycznych na membranach z azotku krzemu do badań wirów magnetycznych z wykorzystaniem technik mikroskopii transmisyjnej

Celem protokołu jest umożliwienie wizualizacji szczegółowych pól przepływu oraz określenie naprężeń bliskich granicy ścinania i normalnych w równowagowym otworze płuczkowym wywołanym przez wibrujący rurociąg.

Wizualizacja pola przepływu wokół rurociągu wibracyjnego w obrębie równowagowego otworu płuczącego

Makropinocytoza to wysoce konserwatywny proces endocytarny, zainicjowany przez tworzenie bogatych w F-aktynę warstwowych wypustek błonowych, znanych również jako falbany błonowe. Zwiększona szybkość internalizacji substancji rozpuszczonej makropinocytozy jest związana z różnymi stanami patologicznymi. W protokole tym przedstawiono metodę ilościowego określania powstawania falban błonowych in vitro przy użyciu skaningowej mikroskopii elektronowej.

Wizualizacja powstawania falban błony za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej

Poznaj metodę manipulacji wirami w cienkich filmach nadprzewodzących za pomocą lokalnego naprężenia mechanicznego. Technika umożliwia precyzyjną kontrolę położenia wirów bez zewnętrznych pól magnetycznych i prądu.

Skanujące badanie SQUID manipulacji wirami przez kontakt lokalny

Przeglądaj więcej filmów