현지 연락처로 소용돌이 조작의 SQUID 연구를 스캔
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
소용돌이는 외부 자기장의 존재 제 2 형 초전도체에 형성된 나노 크기의 자성이다. 결함 무료 샘플에서 소용돌이 자유롭게 이동할 수 있습니다. 그러나, 와류에 대한 정력적으로 유리한 감소 초전도의 지역에 소재 결과에 다른 결함. 소용돌이는이 지역 또한 고정 사이트로 알려져을 장식하는 경향이있다. 이 경우에, 와류를 이동 시키는데 필요한 힘은 닝힘보다 커야한다. 이러한 와류 밀도 상호 작용 강도 및 범위 등 와류의 특성을 쉽게 외부 필드, 온도 나 시료의 형상에 의해 결정될 수있다. 이들 특성을 조절하는 기능들을 전자 응용 1,2 쉽게 조정될 수 응집 물질 동작뿐만 아니라 적합한 후보 좋은 모델 시스템 만든다. 각각의 와류의 위치 제어는 LO의 설계에 필수적인학적 요소입니다.
자성 나노 입자의 기계적 제어 전에 달성했다. Kalisky 등은. 최근 복합 산화물 인터페이스 3 강자성 패치에 대한 지역 기계적 응력의 영향을 연구하기 위해 스캔 초전도 양자 간섭 장치 (SQUID)를 사용했다. 이러한 과정에서 최대 1 μN의 힘을 적용하는 시료로 SQUID의 팁을 누르는 접촉 주사하여 패치의 방향을 변경할 수 있었다. 우리는 소용돌이를 이동하기 위해 우리의 프로토콜에서 유사한 방법을 사용했다.
선회 조작 기존 연구에서 모션 따라서 로렌츠 힘 (4, 5), (6) 생성, 샘플에 전류를인가함으로써 달성되었다. 이 방법은 효과적이지만, 로컬없고, 단일 소용돌이를 조절하기 위해 추가의 제조가 요구된다. 소용돌이는 manip 될 수 있습니다자기력 현미경 (MFM)으로 또는 SQUID 계자 코일 (7), (8), 예를 들면 외부 자계를인가함으로써 ulated. 이 방법은 효과적이고 로컬이지만, 이러한 툴에 의해 가해지는 힘이 작기 만 초전도체의 임계 온도에 가까운 고온에서 피닝 힘을 극복 할 수있다. 우리의 프로토콜은 샘플의 추가 가공없이 낮은 온도 (4 K)에 효과적, 지역 조작 할 수 있습니다.
우리 SQUID 주사 현미경을 사용하여 화상 와류. 센서는 구석으로 연마하고 유연한 캔틸레버에 접착되어있는 실리콘 칩 상에 제조된다. 캔틸레버는 표면의 정전 용량 검출에 사용된다. 접점은 칩의 선단에 위치하도록 상기 칩은 샘플 각도로 배치된다. 우리는 샘플에 칩을 밀어 최대 2 μN의 힘을 적용한다. 우리는 압전 소자에 의한 SQUID에 샘플 상대적으로 이동합니다. 우리는 이동소용돌이 옆에, 또는 그것을 청소 소용돌이를 터치하여 실리콘 팁을 탭하여 와류.
Protocol
Representative Results
Discussion
소용돌이의 성공적인 조작은 몇 가지 중요한 단계에 따라 달라집니다. 이 칩의 끝이 샘플과 접촉을 할 첫 번째가 될 것 같은 것이, 각도 센서를 정렬하는 것이 중요합니다. 둘째, 시료에 가해지는 힘이 칩에 장착 된 칸틸 레버의 기계적 특성에 의해 결정된다는 점에 유의하는 것이 중요하다. 탄성 체제에 가해지는 힘은 후크의 법칙에 의하면, 구부러짐, (X)에 비례한다 :
F = -kx
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
우리는 초전도 필름을 제공하는 바 – 일란 대학의 A. Sharoni 감사합니다. 이 연구는 유럽 연구위원회 그랜트 ERC-2014-STG- 639792에 의해 지원되었다, 마리 퀴리 경력 통합 그랜트 FP7-PEOPLE-2012-CIG-333799, 이스라엘 과학 재단 그랜트 ISF-13분의 1,102.
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 |
Referenzen
- 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).
