Escaneado de Estudio SQUID de la manipulación del vórtice por contacto 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
Los vórtices son objetos magnéticos a nanoescala, formados en los superconductores de tipo 2 en presencia de un campo magnético externo. En una muestra libre de defectos, los vórtices pueden moverse libremente. Sin embargo, diferentes defectos en el resultado material en las regiones de la reducción de la superconductividad que son energéticamente favorable para vórtices. Vórtices tienden a decorar estas regiones, también conocidos como los sitios de colocación de clavos. En este caso, la fuerza requerida para mover un vórtice debe ser mayor que la fuerza de fijación. Propiedades de los vórtices, tales como la densidad de vórtice, fuerza de interacción y la gama, se pueden determinar fácilmente por el campo externo, la temperatura, o la geometría de la muestra. La capacidad de controlar estas propiedades ellos un buen sistema modelo para el comportamiento de la materia condensada que puede ser sintonizado con facilidad, así como candidatos adecuados para aplicaciones electrónicas 1, 2 hace. El control de la ubicación de los vórtices individuales es esencial para el diseño de tales loelementos gicas.
El control mecánico de las nanopartículas magnéticas se había logrado antes. Kalisky et al. Recientemente se usa superconductor de interferencia cuántica dispositivo de exploración (SQUID) para estudiar la influencia de la tensión mecánica local en parches ferromagnéticos en las interfaces de óxidos complejos 3. Fueron capaces de cambiar la orientación del parche en los escaneos en contacto, presionando la punta de la SQUID en la muestra, la aplicación de una fuerza de hasta 1 μN en el proceso. Hemos utilizado un método similar en el protocolo con el fin de mover los vórtices.
En los estudios existentes de manipulación de vórtice, el movimiento se consigue mediante la aplicación de corriente a la muestra, creando así Lorentz fuerza 4, 5, 6. Si bien este método es eficaz, no es local, y con el fin de controlar un único vórtice, se requiere la fabricación adicional. Los vórtices pueden ser también manipulated mediante la aplicación de campo magnético externo, por ejemplo, con un microscopio de fuerza magnética (MFM) o con una bobina de campo SQUID 7, 8. Este método es eficaz y local, pero la fuerza aplicada por estas herramientas es pequeño, y puede superar la fuerza de la fijación sólo a altas temperaturas, cerca de la temperatura crítica del superconductor. El protocolo permite la manipulación eficaz, locales a bajas temperaturas (4 K) sin fabricación adicional de la muestra.
Nos vórtices de imagen utilizando microscopía de barrido SQUID. El sensor se fabrica sobre un chip de silicio que está pulido en una esquina, y se pega en un voladizo flexible. El voladizo se utiliza para la detección capacitiva de la superficie. El chip se coloca en un ángulo a la muestra, de modo que el punto de contacto está en la punta del chip. Aplicamos fuerzas de hasta 2 μN empujando el chip en la muestra. Movemos la muestra en relación con el SQUID por elementos piezoeléctricos. Nos movemosel vórtice tocando la punta de silicio junto a un vórtice, o mediante el barrido de ella, tocando el vórtice.
Protocol
Representative Results
Discussion
la manipulación exitosa de vórtices depende de varios pasos críticos. Es importante para alinear el sensor en un ángulo, de tal manera que la punta del chip será el primero en entrar en contacto con la muestra. En segundo lugar, es importante tener en cuenta que la fuerza ejercida sobre la muestra se determina por las propiedades mecánicas del voladizo que el chip está montado. En el régimen elástico, la fuerza aplicada es proporcional a la desviación, x, de acuerdo con la ley de Hooke:
F = kx
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Agradecemos a A. Sharoni de la Universidad Bar-Ilan de proporcionar las películas superconductoras. Esta investigación fue apoyada por el Consejo Europeo de Investigación subvención del CEI-2014-STG- 639792, Integración Marie Curie Career Grant FP7-PEOPLE-2012-CIG-333799, e Israel Science Foundation de subvención 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
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