Digitalizar Estudo SQUID de Manipulação Vortex por contato local

O objetivo geral deste procedimento é manipular vórtices em filmes supercondutores finos por estresse vertical local sem aplicar corrente ou campo magnético. A capacidade de controlar a posição de vórtices individuais é necessária para estudar como os vórtices interagem uns com os outros, com o material e com outros objetos magnéticos. A principal vantagem desta técnica é que é um método local que permite uma manipulação muito eficaz de um vórtice individual sem etapas adicionais de fabricação.

Testemunhamos pela primeira vez o efeito da tensão em objetos submicro e ferromagnéticos quando costumávamos usar o SQUID para obter imagens e examinar a maneira como eles mudam de orientação como resultado do estresse. Após este estudo, queríamos investigar o efeito do estresse local em outros objetos nanomagnéticos, e o primeiro sistema que testamos é o sistema de vórtices em um supercondutor. Primeiro, prepare uma amostra fina de filme supercondutor.

Em seguida, obtenha um sensor SQUID fabricado em um chip de silício. Polir suavemente a lasca com papel de polimento não magnético para formar um ponto simétrico contendo a área de detecção. O material deve ser polido até o fim para expor a área de detecção.

Cole um cantilever flexível a uma placa condutora com uma camada dielétrica. Em seguida, cole o chip do sensor no cantilever. Monte a amostra com verniz ou pasta de prata.

Em seguida, anexe-o ao elemento Piezo do eixo Z. Configure dois telescópios em estágios de tradução e conecte os telescópios a um computador por meio de uma câmera. Conecte o controlador do sistema de movimento do curso de deslizamento do bastão.

Direcione os telescópios na frente e na lateral do chip para fornecer imagens ópticas. Usando o estágio de deslizamento do Z-stick, mova a amostra para cerca de um micrômetro do sensor para que o sensor seja refletido na amostra. Não permita que a amostra entre em contato com o sensor.

Verifique os ângulos entre o chip e seu reflexo em ambos os lados da ponta quando visto de frente. Em seguida, mova a amostra cerca de 0,5 a um milímetro para longe do sensor para evitar danos ao SQUID. Gire os parafusos de alinhamento para que os ângulos entre o chip e seu reflexo sejam iguais em ambos os lados da ponta quando vistos de frente.

Mova a amostra de volta para cerca de um micrômetro do sensor e verifique os ângulos novamente. Quando os ângulos forem iguais, gire os parafusos de alinhamento até que o ângulo entre o chip e sua reflexão seja de pelo menos quatro graus quando visto de lado para garantir que a ponta entre em contato com a amostra ao mover os vórtices. É importante alinhar o sensor em um ângulo para que apenas a ponta do sensor toque a amostra.

Dessa forma, um ponto de contato distinto pode ser determinado. Carregue o cabeçote de varredura do sistema SQUID em um sistema de resfriamento de quatro Calvin. Para gerar vórtices, resfrie a amostra a 4,2 Calvins na presença de um campo magnético com base no tamanho da amostra e no número desejado de vórtices.

Desligue o campo magnético e ligue o SQUID. Usando o deslizamento do Z-stick, mova a amostra para mais perto do chip do sensor. Aplique tensão entre o cantilever e a placa de detecção de capacitância para trazer o cantilever para o circuito da ponte.

Varra o elemento Z Piezo de zero a 200 volts enquanto monitora a capacitância entre o cantilever e a placa. Quando a amostra entra em contato com o chip do sensor, ocorrerá uma grande mudança na capacitância. Depois que a amostra entrar em contato com o chip com sucesso, repita esse processo em vários locais da amostra para definir o plano da amostra em relação ao sensor.

Para mover a amostra em relação ao sensor, varra a tensão nos elementos X e Y Piezo. Depois que o plano for definido, use o elemento Z Piezo para mover a amostra para que o sensor escaneie a uma altura constante acima da amostra. Escaneie ao redor de um vórtice para determinar com precisão a localização de seu centro em relação à área de detecção.

Desligue o SQUID e, em seguida, aplique uma tensão maior que a tensão de toque ao elemento Z Piezo. Toque na amostra ao lado do centro do vórtice ou arraste lentamente o sensor enquanto estiver em contato com a amostra para o novo local de vórtice desejado. Ligue o SQUID novamente e escaneie a amostra a uma altura constante para determinar a nova localização do vórtice.

Vórtices foram gerados em uma amostra de filme fino de nióbio. Usando este método, os vórtices podem ser movidos para padrões definidos. Um vórtice pode ser movido várias vezes.

Mesmo depois de mover este vórtice 820 micrômetros, o vórtice permaneceu estável em seu novo local. O sinal magnético é mapeado registrando o fluxo através do SQUID em função da posição. O sinal é gravado através do loop de captação do SQUID.

No entanto, o contato com a amostra é feito na ponta do chip do sensor. Essa distância deve ser compensada ao selecionar um local de contato para manipulação de vórtices. Nesse caso, o contato ocorre antes da gravação do sinal magnético.

Se o sensor for ligado durante uma varredura de manipulação, o evento de deslocamento aparecerá como um passo fraco no sinal. O vórtice, fotografado em sua nova posição, parece intacto. Esta técnica pode ser aplicada para estudar o efeito do estresse mecânico local em outros objetos nanomagnéticos.

Uma técnica de manipulação eficaz e reprodutível de objetos nanomagnéticos é essencial para promover possíveis aplicações, como elementos lógicos.