Digitalizar Estudo SQUID de Manipulação Vortex por contato local

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

Vórtices são objetos magnéticos em nanoescala, formada em tipo 2 supercondutores na presença de um campo magnético externo. Em uma amostra livre de defeitos, vórtices podem se mover livremente. No entanto, diferentes defeitos no resultado de material nas regiões da supercondutividade reduzida que são energeticamente favorável para vórtices. Vórtices tendem a decorar estas regiões, também conhecidos como os locais de fixação. Neste caso, a força necessária para mover um vórtice deve ser maior do que a força de fixação. Propriedades de vórtices, tais como a densidade de vórtice, a força interacção e gama, pode ser facilmente determinada por um campo externo, a temperatura, ou a geometria da amostra. A capacidade de controlar estas propriedades que os torna um bom sistema modelo para o comportamento da matéria condensada que pode ser facilmente afinado, bem como candidatos adequados para aplicações electrónicas ^{1, 2.} O controlo da localização dos vórtices individuais é essencial para a concepção de tais Loelementos gicos.

controle mecânico de nanopartículas magnéticas tinha sido alcançado antes. Kalisky et ai. recentemente utilizado digitalização supercondutores quantum interference device (SQUID) para estudar a influência do estresse mecânico local no manchas ferromagnéticos nas interfaces de óxido complexo ^3. Eles foram capazes de alterar a orientação do penso por varrimento em contacto, pressionar a ponta da lula na amostra, aplicando uma força de 1 até μN no processo. Temos utilizado um método semelhante em nosso protocolo, a fim de mover vórtices.

Em estudos existentes sobre a manipulação do vortex, movimento foi conseguido através da aplicação de corrente com a amostra, assim criando força de Lorentz ^{4, 5, 6.} Enquanto este método é eficaz, não é local, e, a fim de controlar uma única vórtice, fabricação adicional é necessária. Vórtices também pode ser manippovoadas por aplicação de um campo magnético externo, por exemplo com um microscópio de força magnética (MFM) ou com uma bobina de campo SQUID ^{7, 8.} Este método é eficaz e local, mas a força exercida por estas ferramentas é pequena, e pode superar a força fixando-se apenas com altas temperaturas, próximas da temperatura crítica do supercondutor. Nosso protocolo permite uma manipulação eficaz, local, a baixas temperaturas (4 K) sem fabricação adicional da amostra.

Nós imagem vórtices usando microscopia de varredura SQUID. O sensor é fabricado num chip de silício, que é polida para um canto, e colado sobre um braço de suporte flexível. O braço de suporte é utilizado para detecção capacitiva da superfície. O chip é colocado em ângulo com a amostra, de modo que o ponto de contacto está na ponta do chip. Nós aplicar forças de até 2 μN empurrando o chip na amostra. Movemo-nos a amostra em relação ao SQUID por elementos piezo. Nós movemoso vórtice tocando a ponta de silício ao lado de um vórtice, ou por varrendo-o, tocar o vórtice.

Protocol

1. O acesso a um Sistema de Digitalização SQUID Use um sistema de SQUID de digitalização que inclui um sensor SQUID fabricado num chip de 9, 10, vara deslizamento estágio movimento grosseiro, e um scanner baseado em piezo para o movimento bem. Veja a Figura 1. Polir o chip SQUID em um canto em torno do laço de recolhimento. O material do chip tem de ser removido todo o caminho para o circuito de captação. Ge…

Representative Results

O protocolo foi testado com sucesso em milhares de vórtices individuais, bem separadas em duas amostras de Nb, e nove amostras de NBN. Geramos novos vórtices sobre a mesma amostra por aquecimento da amostra acima de Tc, e arrefecendo-o de volta para 4,2 K na presença de um campo magnético. Nós escolhemos o campo magnético externo para atingir a densidade desejada vórtice. Mostramos aqui dados a partir destas experiências. Estes resultados foram descritos em detalhe por Kremen <em…

Discussion

manipulação bem sucedida de vórtices depende de vários passos críticos. É importante para alinhar o sensor a um ângulo, de tal modo que a ponta do chip será o primeiro a fazer o contacto com a amostra. Em segundo lugar, é importante notar que a força exercida sobre a amostra é determinada pelas propriedades mecânicas do cantilever que o chip é montado. No regime elástica, a força exercida é proporcional à deflexão, X, de acordo com a lei de Hooke:
F = -kx

Onde k é a…

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