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
Representative Results
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?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы благодарим А. Sharoni из Университета Бар-Илан для обеспечения сверхпроводящих пленок. Это исследование было поддержано Европейский исследовательский совет Грант ERC-2014-STG- 639792, Мари Кюри Карьера интеграции Грант FP7-PEOPLE-2012-CIG-333799, и Израиль научного фонда Грант 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
- 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).
