स्थानीय संपर्क से भंवर हेरफेर का विद्रूप अध्ययन स्कैन
Summary
We present a protocol for manipulation of individual vortices in thin superconducting films, using local mechanical contact. The method does not include applying current, magnetic field or additional fabrication steps.
Abstract
Local, deterministic manipulation of individual vortices in type 2 superconductors is challenging. The ability to control the position of individual vortices is necessary in order to study how vortices interact with each other, with the lattice, and with other magnetic objects. Here, we present a protocol for vortex manipulation in thin superconducting films by local contact, without applying current or magnetic field. Vortices are imaged using a scanning superconducting quantum interference device (SQUID), and vertical stress is applied to the sample by pushing the tip of a silicon chip into the sample, using a piezoelectric element. Vortices are moved by tapping the sample or sweeping it with the silicon tip. Our method allows for effective manipulation of individual vortices, without damaging the film or affecting its topography. We demonstrate how vortices were relocated to distances of up to 0.8 mm. The vortices remained stable at their new location up to five days. With this method, we can control vortices and move them to form complex configurations. This technique for vortex manipulation could also be implemented in applications such as vortex based logic devices.
Introduction
भेंवर nanoscale पर चुंबकीय वस्तुओं, बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में टाइप 2 अतिचालक में बनते हैं। एक दोष मुक्त नमूने में, भेंवर स्वतंत्र रूप से स्थानांतरित कर सकते हैं। हालांकि, जो भेंवर के लिए उर्जा अनुकूल हैं कम हो अतिचालकता के क्षेत्रों में सामग्री परिणाम में विभिन्न दोषों। भेंवर इन क्षेत्रों में भी लगाए साइटों के रूप में जाना जाता है सजाने के लिए करते हैं। इस मामले में, बल एक भंवर स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक लगाए बल से अधिक होना चाहिए। ऐसे भंवर घनत्व, बातचीत शक्ति और सीमा के रूप में भेंवर के गुण, आसानी से बाहरी क्षेत्र, तापमान, या नमूना की ज्यामिति द्वारा निर्धारित किया जा सकता है। इन गुणों को नियंत्रित करने की क्षमता उन्हें इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों 1, 2 के लिए संघनित पदार्थ व्यवहार आसानी से देखते जा सकता है कि, साथ ही उपयुक्त उम्मीदवारों के लिए एक अच्छा मॉडल प्रणाली बनाता है। व्यक्तिगत भेंवर के स्थान का नियंत्रण इस तरह के लो के डिजाइन के लिए आवश्यक हैgical तत्वों।
चुंबकीय नैनोकणों के यांत्रिक नियंत्रण से पहले हासिल की गई थी। Kalisky एट अल। हाल ही में जटिल ऑक्साइड इंटरफेस 3 में लौह-चुंबकीय पैच पर स्थानीय यांत्रिक तनाव के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए स्कैनिंग superconducting क्वांटम हस्तक्षेप डिवाइस (व्यंग्य) का इस्तेमाल किया। वे संपर्क में स्कैनिंग करके पैच का रुख बदलने के लिए, नमूना में व्यंग्य की नोक दबाने, इस प्रक्रिया में अप करने के लिए 1 μN की एक ताकत लगाने में सक्षम थे। हम आदेश भेंवर को स्थानांतरित करने में हमारे प्रोटोकॉल में एक समान विधि का इस्तेमाल किया है।
भंवर में गड़बड़ी की मौजूदा अध्ययन में, गति नमूना करने के लिए मौजूदा लगाने से प्राप्त किया गया था, इस प्रकार Lorentz बल 4, 5, 6 का निर्माण। हालांकि इस विधि प्रभावी है, यह स्थानीय नहीं है, और आदेश में एक भी भंवर को नियंत्रित करने में, अतिरिक्त निर्माण की आवश्यकता है। भेंवर भी manip हो सकता हैएक चुंबकीय बल सूक्ष्मदर्शी (एम एफ एम) के साथ या एक विद्रूप क्षेत्र का तार 7, 8 के साथ बाहरी चुंबकीय क्षेत्र लागू करने, उदाहरण के लिए संचित। इस विधि प्रभावी और स्थानीय है, लेकिन बल इन उपकरणों द्वारा लागू छोटा है, और केवल उच्च तापमान, superconductor की महत्वपूर्ण तापमान के करीब पर लगाए बल दूर कर सकते हैं। हमारी प्रोटोकॉल नमूने के अतिरिक्त निर्माण के बिना कम तापमान (4) कश्मीर में प्रभावी, स्थानीय हेरफेर की अनुमति देता है।
हम स्कैन विद्रूप माइक्रोस्कोपी का उपयोग कर छवि भेंवर। सेंसर एक सिलिकॉन चिप जो एक कोने में पॉलिश है, और एक लचीला ब्रैकट पर चिपके पर निर्मित है। ब्रैकट सतह की कैपेसिटिव संवेदन के लिए प्रयोग किया जाता है। चिप, नमूना के लिए एक कोण पर रखा गया है, ताकि संपर्क बिंदु चिप की नोक पर है। हम नमूना में चिप धक्का द्वारा अप करने के लिए 2 μN की ताकतों के लागू होते हैं। हम पीजो तत्वों द्वारा विद्रूप के लिए नमूना रिश्तेदार चलते हैं। हम चलते हैंसिलिकॉन टिप दोहन एक भंवर के बगल में है, या यह व्यापक, भंवर को छूकर द्वारा भंवर।
Protocol
Representative Results
Discussion
भेंवर के सफल हेरफेर के लिए कई महत्वपूर्ण कदम पर निर्भर करता है। यह एक कोण पर संवेदक के लिए पंक्ति में, इस तरह की है कि चिप की नोक नमूने के साथ संपर्क बनाने के लिए पहले किया जाएगा महत्वपूर्ण है। दूसरा, यह ध?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
हम अतिचालक फिल्मों प्रदान करने के लिए बार-इलान विश्वविद्यालय से ए Sharoni धन्यवाद। इस शोध यूरोपीय अनुसंधान परिषद अनुदान ईआरसी-2014-STG- 639,792 द्वारा समर्थित किया गया था, मैरी क्यूरी कैरियर एकता अनुदान FP7 लोगों के बीच-2012-CIG-333799, और इसराइल विज्ञान फाउंडेशन अनुदान ISF-1102/13।
Materials
| stick slip coarse motion system | attocube | ANPx-101 | x,y motion |
| stick slip coarse motion system | attocube | ANPz-101 | z motion |
| stick slip coarse motion system controller | Attocube | ANC 300 | |
| high voltage amplifier | Attocube | ANC 250 | |
| data acquisition card | National Instruments | NI PCIe-6363 | |
| piezo elements | Piezo Systems Inc | T2C | non magnetic |
| low noise voltage preamplifier | Stanford Research Systems | SR 560 | |
| capacitance bridge | General Radio | 1615A | |
| telescope | NAVITAR | 1-504516 | |
| camera | MOTICAM | MP2 | |
| dewar | Cryofab | N/A | |
| insert | ICE oxford | N/A | |
| Mu-metal shield | Amuneal | N/A | |
| vacuum cap | ICE oxford | N/A | |
| sputtering system | AJA international Inc | N/A | |
| lapping film | 3M | 261X | non magnetic |
| Nb target | Kurt J. Lesker | EJTNBXX351A2 | |
| GE Varnish | CMR-Direct | 02-33-001 | for cryogenic heatsinking |
| Silver paste | Structure Probe Inc | 05063-AB |
References
- Olson Reichhardt, C. J., Hastings, M. B. Do Vortices Entangle?. Phys. Rev. Lett. 92, 157002 (2004).
- Milošević, M. V., Berdiyorov, G. R., Peeters, F. M. Fluxonic cellular automata. Appl. Phys. Lett. 91, 212501 (2007).
- Kalisky, B., et al. Scanning Probe Manipulation of Magnetism at the LaAlO3/SrTiO3 Heterointerface. Nano Lett. 12, 4055-4059 (2012).
- Silva, C. C. D. S., Van de Vondel, J., Morelle, M., Moshchalkov, V. V. Controlled multiple reversals of a ratchet effect. Nature. 440, 651-654 (2006).
- Kalisky, B., et al. Dynamics of single vortices in grain boundaries: I-V characteristics on the femtovolt scale. Appl. Phys. Lett. 94, 202504 (2009).
- Embon, L., et al. Probing dynamics and pinning of single vortices in superconductors at nanometer scales. Sci. Rep. 5, 7598 (2015).
- Auslaender, O. M., et al. Mechanics of individual isolated vortices in a cuprate superconductor. Nature Phys. 5, 35-39 (2008).
- Kalisky, B., et al. Behavior of vortices near twin boundaries in underdoped Ba(Fe1-xCox)2As2. Phys. Rev. B. 83, 064511 (2011).
- Huber, M. E., et al. Gradiometric micro-SQUID susceptometer for scanning measurements of mesoscopic samples. Rev. Sci. Instrum. 79, 053704 (2008).
- Koshnick, N. C., et al. A terraced scanning super conducting quantum interference device susceptometer with submicron pickup loops. Appl. Phys. Lett. 93, 243101 (2008).
- Kremen, A., et al. Mechanical Control of Individual Superconducting Vortices. Nano Lett. 16, 1626-1630 (2016).
