Skanujące badanie SQUID manipulacji wirami przez kontakt lokalny

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.