Yerel İletişim tarafından Vortex Manipülasyon KALAMAR Çalışması taranması
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
Girdaplar dış manyetik alanın varlığında tip 2 Süperiletkenlerde oluşan nano manyetik nesneler vardır. Bir kusur ücretsiz örneğinde, girdaplar serbestçe hareket edebilir. Ancak, girdapların için enerjik elverişli azaltılmış süperiletkenlik bölgelerinde maddi sonuç farklı kusurlar. Girdaplar bu bölgeleri, aynı zamanda çivileme siteleri olarak bilinen dekore eğilimindedir. Bu durumda, bir girdap hareket ettirmek için gerekli olan kuvvet sabitleme kuvvetinden daha büyük olması gerekmektedir. Bu girdap yoğunluğu, etkileşim gücü ve aralık gibi girdapların, özellikleri, kolayca dış alanı, sıcaklık, ya da numune geometrisi ile belirlenebilir. Bu özellikleri kontrol etme yeteneği, onları, elektronik uygulamaları 1, 2, kolayca ayarlanabilir yoğun madde davranışı, hem de müsait adaylar için iyi bir model sistemi sağlar. Bireysel vortices yerini kontrolü, lo tasarımı için gerekli olanrahi elemanları.
Manyetik nanopartiküller mekanik kontrolü daha önce elde edilmişti. Kalisky ve diğ. Son zamanlarda kompleks oksit arayüzleri 3 ferromanyetik yamalar yerel mekanik stres etkisini incelemek için tarama süperiletken kuantum girişim cihazı (SQUID) kullanılır. Onlar süreçte kadar 1 μN bir güç uygulayarak, numunenin içine SQUID ucu basarak temas tarayarak yama yönünü değiştirmek için başardık. Biz girdapları taşımak için bizim protokolde benzer bir yöntem kullandık.
Girdap manipülasyon Mevcut çalışmalarda, hareket ve böylece Lorentz kuvveti 4, 5, 6 oluşturma, numune akımı uygulanarak elde edildi. bu yöntem etkili olsa da, yerel değildir ve tek bir girdap kontrol etmek amacıyla, ek bir üretim gereklidir. Girdaplar da Manip olabilirmanyetik kuvvet mikroskopu (MFM) veya kalamar alan sargısı 7, 8, örneğin, harici bir manyetik alan uygulayarak ile düzenlenmiştir. Bu yöntem etkili ve yerel, ama bu araçlar tarafından uygulanan kuvvet küçük ve sadece süperiletken kritik sıcaklığına yakın yüksek sıcaklıklarda çivileme kuvvetini üstesinden gelebilir. Bizim protokol örneğinin ek imalat olmaksızın düşük sıcaklıklarda (4 K) etkili, yerel müdahale etmenizi sağlar.
Biz tarama KALAMAR mikroskopi kullanılarak görüntü girdapları. Sensör bir köşeye cilalı ve esnek bir konsol üzerinde yapıştırılmış bir silikon çip üzerinde imal edilir. Konsol yüzeyinin kapasitif algılama için kullanılır. temas noktası çip ucunda, böylece çip, örnek bir açı ile yerleştirilir. Bu numune içine çip iterek kadar 2 μN kuvvetleri uygulanır. Biz piezo elemanları tarafından SQUID örnek göreli hareket ettirin. Biz hareketBir girdaba yanında, ya da onu süpürme girdap dokunarak silikon ucu dokunarak girdap.
Protocol
Representative Results
Discussion
vortices Başarılı manipülasyon birçok kritik adımlar bağlıdır. Çip ucu numunesi ile temas kurmaya ilk olacak şekilde, bir açıyla sensörü hizalamak için önemlidir. İkinci olarak, örnek üzerine uygulanan kuvvet çip monte edilir konsol mekanik özellikleri ile belirlenir dikkat etmek önemlidir. Elastik rejimde, uygulanan kuvvet Hooke yasasına göre, saptırma, x orantılıdır:
F = -kx
Burada K malzemenin Young modülü ve fiziksel boyutları tarafından belirlenen…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Biz süperiletken filmler sağlamak için Bar-Ilan Üniversitesi'nden A. Sharoni teşekkür ederim. Bu araştırma, Avrupa Araştırma Konseyi Hibe ERC-2014-STG- 639792 tarafından desteklenen, Marie Curie Kariyer Entegrasyon Hibe FP7-PEOPLE-2012-CIG-333799 ve İsrail Bilim Vakfı Hibe ISF-1102-1113.
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).
