Сканирование СКВИД Исследование вихревых Манипуляции с местным представителем компании

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

Вихри магнитные объекты на наноуровне, образовавшиеся в 2 типа сверхпроводников в присутствии внешнего магнитного поля. В бездефектно образце, вихри могут свободно перемещаться. Тем не менее, различные дефекты в материальном результате в области пониженной сверхпроводимости, которые являются энергетически выгодным для вихрей. Вихри, как правило, украшают эти регионы, также известный как пиннинговых сайтов. В этом случае сила, необходимая для перемещения вихря должна быть больше силы пиннинга. Свойства вихрей, таких как плотность вихрей, сила взаимодействия и диапазон, можно легко определить с помощью внешнего поля, температуры или геометрии образца. Способность управлять этими свойствами делает их хорошей моделью системы конденсированного поведения вещества , которые могут быть легко настроены, а также подходящих кандидатов для электронных приложений ^{1, 2.} Контроль расположения отдельных вихрей имеет важное значение для разработки такого Иоческие элементы.

Механическое управление магнитных наночастиц было достигнуто ранее. Kalisky и др. в последнее время используется для сканирования сверхпроводящего квантового интерференционного устройства (SQUID) с целью изучения влияния локального механического напряжения на ферромагнитных пластырей в сложных оксидных интерфейсов ^3. Они были в состоянии изменить ориентацию пластыря при сканировании в контакте, нажав кончик SQUID в образец, прилагаемое усилие до 1 мкН в процессе. Мы использовали подобный метод в нашем протоколе для перемещения вихрей.

В существующих исследованиях манипулирования вихревого, движения было достигнуто за счет подачи тока к образцу, таким образом , создавая силу Лоренца , ^{4, 5, 6.} В то время как этот метод эффективен, он не является локальным, а для того, чтобы управлять одним завихрения, требуется дополнительное изготовление. Вихри также может быть Manipнерегулируемом путем применения внешнего магнитного поля, например , с помощью магнитного силового микроскопа (MFM) или с помощью СКВИД поля катушки ^{7, 8.} Этот метод эффективен и местные, но сила, приложенная этими инструментами мал, и может преодолеть силу пиннинга только при высоких температурах, близких к критической температуре сверхпроводника. Наш протокол позволяет эффективно, местные манипуляции при низких температурах (4 К) без дополнительного изготовления образца.

Мы изображений вихрями с использованием сканирующей SQUID микроскопии. Датчик изготовлен на кремниевом чипе, который полируется в угол, и приклеены на гибкой кантилевера. Консольная используется для емкостного зондирования поверхности. Микросхема расположена под углом по отношению к образцу, таким образом, что точка контакта находится на конце чипа. Мы применяем силы до 2 мкН, нажав на чип в образец. Двигаемся образца относительно СКВИД с помощью пьезоэлектрических элементов. Мы движемсявихрь, нажав на кремниевый наконечник рядом с вихрем, или путем подметать его, касаясь вихря.

Protocol

1. Доступ к системе сканирования SQUID Используйте систему SQUID сканирования , который включает в себя датчик на SQUID , изготовленную на кристалле 9, 10, палка скольжения стадии грубого движения и пьезоэлектрическим на основе сканера для тонкой движения. С?…

Representative Results

Наш протокол был успешно протестирован на тысячи отдельных, хорошо разделенных вихрей в двух образцах Nb, и девять образцов NbN. Мы генерируем новые завихрения на том же образце путем нагрева образца выше Тс, и охлаждение его обратно до 4,2 К в присутствии магнитного поля. …

Discussion

Успешное манипулирование вихрей зависит от нескольких важных шагов. Важно, чтобы выровнять датчик под углом, таким образом, что кончик чипа будет первым вступать в контакт с образцом. Во-вторых, важно отметить, что сила, действующая на образце определяется механическими свойствами кан?…

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