Wir danken A. Sharoni von der Bar-Ilan-Universität für die supraleitenden Filme bereitstellt. Diese Forschung wurde unterstützt durch European Research Council ERC Grants-2014-STG- 639.792, Marie-Curie-Career Integration Grants FP7-PEOPLE-2012-CIG-333799, und Israel Science Foundation Grant ISF-1102-1113.

1. Der Zugang zu einem Scanning SQUID-System <ol><li> Verwenden Sie ein Scan - SQUID - System , das einen SQUID - Sensor auf einem Chip 9, 10, Stick - Slip - Grobbewegungstisch und einem piezobasierten Scanner für feine Bewegung hergestellt umfasst. Siehe Abbildung 1. </li><li> Polieren Sie die SQUID-Chip in eine Ecke rund um den Pickup-Schleife. Das Material des Chips muss den ganzen Weg zu der Aufnahmeschleife entfernt werden. <ol><li> polieren Sie vorsichtig das SQUID, 5 bis 0,5 um nicht-magnetische Polierpapier. HINWEIS: Nach der Polierstufe kann der Pickup-Schleife in die Nähe gebracht werden, oder Kontakt mit der Probe. </li></ol></li></ol> 2. Deposition von Niobium (Nb) Thin Film mit Gleichstrom (DC) Sputtering <ol><li> Besorgen Sie sich ein Substrat. In dieser Arbeit verwenden, um eine Bor-dotierte Siliziumsubstrat mit 500 nm aus Siliziumoxid. Andere Substrate wie SrTiO und MgO sind möglich. </li><li> Erreichen Sie eine Basis pressure von 10 -7 Torr in der Kammer. Pre-Sputter mit 99,95% Nb Target in einer Argonumgebung bei einem Druck von 2,4 mTorr mit einer Abscheidungsrate von 1,8 Å / s bei Raumtemperatur für 10 min, um die Verdampfungskammer. Beachten Sie, dass der Abscheidungsprozess erst beginnen kann , wenn der Basisdruck in der Kammer kleiner als 10 -7 Torr. Wenn der Druck höher ist, wiederholen Sie den Pre-Sputter-Bühne. </li><li> Platzieren Substrat in der Kammer. </li><li> Deposit Nb-Dünnfilms durch von einer 99,95% Nb Ziel bei Raumtemperatur Sputtern in einer Argonumgebung bei einem Druck von 2,4 mTorr mit einer Abscheidungsrate von 1,8 Å / s. </li></ol> 3. Probe-Spitze Ausrichtung <ol><li> In diesem Stadium auszurichten den Sensorchip mit der Probe, so dass die Spitze des Chips den Kontakt mit der Probe ist, wenn die Wirbel bewegt. Um dies zu erreichen, einen Ausrichtungswinkel von mindestens 4 ° verwenden. </li><li> Kleben Sie einen flexiblen Ausleger auf einer leitenden Platte mit einer dielektrischen Schicht. Dann kleben Sie die SQUID chip auf dem Ausleger. Die Kapazität zwischen dem Cantilever und einer statischen Platte bestimmt den Kontakt mit der Probe und dem Ausmaß der Belastung aufgetragen. </li><li> Legen Sie die Probe auf dem Mikroskop. Kleben Sie die Probe auf eine bestimmte Probenträger einen Lack oder Silberpaste verwendet wird. Kleben Sie die Halterung an der Z Piezoelement (Abbildung 1a). </li><li> Schließen Sie die Stick-Slip-Grobbewegungssystem mit einem Controller. </li><li> Richten Sie optische Abbildung von zwei Seiten - der Vorderseite und der Seite des Chips. Verwenden Sie zwei Teleskope platziert auf Übersetzung Stufen, gerichtet an der Vorderseite des Chips und einer seiner Seiten. </li><li> Unter Verwendung der Z-Stick-Slip-Grobbewegungstisch, bewegen Sie die Probe auf einen Abstand von 1 &amp; mgr; m von dem Sensor, so dass die Reflexion des Sensors auf der Probe sichtbar ist. HINWEIS: Der Kontakt zwischen der Probe und dem Sensor in diesem Stadium kann das SQUID schaden. </li><li> Bewegen Sie die Probe von 0,5 bis 1 mm vom Sensor entfernt den Z-Stick-Slip-Grobbewegungstisch mit Schäden an der S zu verhindernPFUND. </li><li> Drehen Sie die Ausrichtungsschrauben (Abbildung 1a) gleich Frontwinkel zu erhalten (dh die Winkel der Seiten der Spitze des Chips mit seiner Reflexion zu machen, wie in Abbildung 1c zu sehen ist ). </li><li> Bewegen der Probe in einem Abstand von 1 &amp; mgr; m von dem Sensor. Überprüfen Sie die Winkel und wiederholen Sie Schritt 3.7 und 3.8, wenn nötig. </li><li> Drehen Sie die Justierschrauben einen Winkel von 4 Grad zwischen dem Sensor zu erhalten und die Probe (Abbildung 1d). Stellen Sie sicher, dass die Spitze des Chips ist der Teil, der Kontakt mit der Probe macht. </li></ol> 4. Messungen <ol><li> Laden Sie den Scankopf (Abbildung 1a) zu einem 4 K Kühlsystem. HINWEIS: Die Scankopf sollte durch ein Vakuum auf einer kalten Platte, und umgeben verbunden werden. Draht zu einer Spule um die Dose zum Anlegen von externen Magnetfeldes (niedrige Felder aus mehreren Gauß ausreichend sind für diese Studie). Decken Sie diese Einstellung mit einem Mu-Metallabschirmung. </li><li> Kühle in Gegenwart von Magnetic Feld von Strom durch die Spule der Anwendung des Mikroskops umgibt. Wählen Sie die Feldstärke sorgfältig die gewünschte Wirbeldichte zu erreichen. Verwenden Sie 1Φ 0 = 20,7 g / &amp; mgr; m 2 die Abklingzeit Feld zu berechnen. Beispielsweise für 10 Wirbel in einer 10 &amp; mgr; m bis 10 &amp; mgr; m-Bereich, gelten 2,07 G. </li><li> Für oberhalb der Sprungtemperatur zu einer neuen Wirbeldichte Wärmeprobenwechsel (für Nb, Hitze über 10 K). Wenden Sie das neue Feld. </li><li> Kühle Probe auf 4,2 K. </li><li> Schalten Magnetfeld ab. Drehen Sie SQUID auf. </li><li> Bewegen Sie die Probe nahe an dem SQUID mit dem Stick-Slip-Grobbewegungssystem. <ol><li> Nehmen zunehmende Spannungen auf der Z-Stick-Slip-Würfel die Probe näher an den SQUID-Chip zu bewegen. </li><li> Anwenden Spannung zwischen dem Ausleger und der Platte zum Lesen der Kapazität einer Kapazitätsbrücke unter Verwendung von (0,1-1 V typisch). </li><li> Fegen die Spannung auf der Z Piezoelement. Messen Sie die Kapazität zwischen dem Ausleger und dem plate. Wenn eine große Veränderung der Kapazität auftritt, ist die Probe in Kontakt mit dem SQUID-Chip. </li><li> Wenn die Probe nicht mit dem Chip gemacht haben Kontakt, Schritte wiederholen 4.6.1-4.6.3, bis der Kontakt beobachtet wird. </li><li> Optional: Kurs Bewegung Verwenden Sie den Abstand zwischen der Spitze und der Probe einzustellen, so dass der Kontakt bei niedrigen Spannungen (0 - 10 V angelegt auf der Z-Piezo) auftritt. </li><li> Sobald dort Kontakt ist, wiederholen Sie die Schritte 4.6.2-4.6.3 an mehreren Stellen, um die Neigungswinkel der Oberfläche zu bestimmen und die Ebene der Probe, relativ zu dem Sensor zu bestimmen. </li></ol></li><li> Kehren die Spannung an den X und Y Piezoelemente, um die Probe relativ zu dem Sensor zu bewegen. Scannen auf einer konstanten Höhe oberhalb der Probe, ohne Kontakt zwischen der Spitze und der Probe, um Wirbel Verteilung abzubilden. Erzielen eine konstante Scanhöhe durch die Spannung an der Z piezo ändert gemäß den X- und Y-Positionen und auf die Ebene in 4.6 definiert. </li><li> Wählen Sie einen Wirbel und Scan around es genau die Position seiner Mitte bestimmen. Beachten Sie, dass die Wirbel Lage zu der Aufnahmeschleife des SQUID relativ ist, nicht an die Kontaktstelle. </li><li> Schalten SQUID aus. </li><li> Übernehmen einer Spannung, die größer als Aufsetzpunkt Spannung an die piezo z ist und entweder tap neben dem Wirbelzentrum oder den Wirbel kehren durch den Sensor ziehen (in Kontakt mit der Probe) langsam auf die Probe zu einer gewünschten Stelle. Der Wirbel wird auf dem Hahn oder in der Durchlaufrichtung bewegen. Typische Werte der angelegten z Piezospannung sind 2-5 V. hinzufügen </li><li> Drehen Sie SQUID auf. </li><li> Bild erneut auf einer konstanten Höhe ohne Kontakt, um die neue Position des Wirbels zu lokalisieren. </li></ol>

<ol>
	<li>Olson Reichhardt, C. J., Hastings, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Do+Vortices+Entangle?.">Do Vortices Entangle?.</a> Phys. Rev. Lett. 92, 157002 (2004).</li><li>Milo&#353;evi&#263;, M. V., Berdiyorov, G. R., Peeters, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluxonic+cellular+automata.">Fluxonic cellular automata.</a> Appl. Phys. Lett. 91, 212501 (2007).</li><li>Kalisky, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scanning+Probe+Manipulation+of+Magnetism+at+the+LaAlO3/SrTiO3+Heterointerface.">Scanning Probe Manipulation of Magnetism at the LaAlO3/SrTiO3 Heterointerface.</a> Nano Lett. 12, 4055-4059 (2012).</li><li>Silva, C. C. D. S., Van de Vondel, J., Morelle, M., Moshchalkov, V. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+multiple+reversals+of+a+ratchet+effect.">Controlled multiple reversals of a ratchet effect.</a> Nature. 440, 651-654 (2006).</li><li>Kalisky, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamics+of+single+vortices+in+grain+boundaries:+I-V+characteristics+on+the+femtovolt+scale.">Dynamics of single vortices in grain boundaries: I-V characteristics on the femtovolt scale.</a> Appl. Phys. Lett. 94, 202504 (2009).</li><li>Embon, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+dynamics+and+pinning+of+single+vortices+in+superconductors+at+nanometer+scales.">Probing dynamics and pinning of single vortices in superconductors at nanometer scales.</a> Sci. Rep. 5, 7598 (2015).</li><li>Auslaender, O. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanics+of+individual+isolated+vortices+in+a+cuprate+superconductor.">Mechanics of individual isolated vortices in a cuprate superconductor.</a> Nature Phys. 5, 35-39 (2008).</li><li>Kalisky, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Behavior+of+vortices+near+twin+boundaries+in+underdoped+Ba(Fe1-xCox)2As2.">Behavior of vortices near twin boundaries in underdoped Ba(Fe1-xCox)2As2.</a> Phys. Rev. B. 83, 064511 (2011).</li><li>Huber, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gradiometric+micro-SQUID+susceptometer+for+scanning+measurements+of+mesoscopic+samples.">Gradiometric micro-SQUID susceptometer for scanning measurements of mesoscopic samples.</a> Rev. Sci. Instrum. 79, 053704 (2008).</li><li>Koshnick, N. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+terraced+scanning+super+conducting+quantum+interference+device+susceptometer+with+submicron+pickup+loops.">A terraced scanning super conducting quantum interference device susceptometer with submicron pickup loops.</a> Appl. Phys. Lett. 93, 243101 (2008).</li><li>Kremen, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+Control+of+Individual+Superconducting+Vortices.">Mechanical Control of Individual Superconducting Vortices.</a> Nano Lett. 16, 1626-1630 (2016).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Erfolgreiche Manipulation von Wirbeln, hängt von mehreren kritischen Schritte. Es ist wichtig, den Sensor in einem Winkel auszurichten, so dass die Spitze des Chips wird die erste, um einen Kontakt mit der Probe sein. Zweitens ist es wichtig zu beachten, dass die Kraft auf die Probe ausgeübt wird, durch die mechanischen Eigenschaften des Cantilevers bestimmt wird, dass der Chip auf montiert ist. In dem elastischen Regelung ausgeübte Kraft ist proportional zur Auslenkung x nach Hookeschen Gesetz: F = kx Wobei k die Federkonstante, bestimmt durch Elastizitätsmodul des Materials und seine physikalischen Abmessungen, und ist gegeben durch k = Et 3 w / 4l 3 Hier E Young-Modul ist, t die Dicke des Balkens, w die Breite und L die Länge. Für einen Kupfer Cantilever, E = 117 GPa. Unsere Cantilever war 0,017 mm dick, 3 mm breit und 10,7 mm lang, die k = 0,35 N / m ergeben. Wenn die Spannung in der Z-Piezo betrug 1 V below Landung war die Ablenkung von 1,6 um. Daraus ergibt sich eine Kraft von 0,56 &amp; mgr; N. Es ist wichtig, den Cantilever Material und Dimensionen richtig zu wählen, um die gewünschte Kraft zu erhalten. Es ist auch wichtig, dass die Position des Wirbels zu beachten, wie durch den SQUID abgetastet zu der Aufnahmeschleife relativ ist, und daß der Kontaktpunkt von der Aufnahmeschleife versetzt entsprechend der Größe des Chips und dem Polieren. Diese Verschiebung ist zu bilanzieren, wenn die Lage des Hahns Veranstaltung wählen oder den Kontakt-Scan, um sicherzustellen, dass die Spitze des Chipkontakt in der Nähe des Wirbel Lage macht. Wenn ein Wirbel wurde nach dem Scannen in Kontakt nicht verschoben, mehr Stress Anwendung durch die Spitze härter in die Probe Schieben, Drücken Sie die Probe für einen längeren Zeitraum oder Ziehen der Spitze langsamer über die Probe kann helfen, die Pinning-Kraft zu überwinden und den Wirbel verrücken. Die Probe zeigte keine Erinnerung an die manipulatiauf; Wir beobachteten keine Änderung der Diamagnetismus der Probe, auf die suprafluiden Dichte entspricht, sowie keine Änderung der Topographie der Probe. Neue Wirbelaufbauten nach dem Aufwärmen und Abkühlen in Gegenwart des Magnetfeldes erzeugt nicht Erinnerung an früheren Manipulationen zeigten entweder 11. Unsere Methode ist durch die Größe der Kontaktstelle begrenzt. Die Technik hat das Potential für die Feinabstimmung der Position von Wirbeln, aber bis jetzt haben wir die Fähigkeiten des Protokolls für ziemlich groß, polierte Spitzen des Chips (von 100 nm bis 1 &amp; mgr; m) gezeigt. Die Charakterisierung der Spitze ist erforderlich, um die Dehnungsgradienten kennen. Abschließend ermöglicht unser Protokoll für die Manipulation einzelner Wirbel in Dünnfilmen bei niedrigen Temperaturen supraleitend und ohne weitere Herstellung der Probe. Die Beherrschung der Fähigkeit, die Lage der Wirbel zu steuern Anwendungen im Design haben können vonFlußmittel auf Basis Logikgattern sowie bei der Untersuchung von Wechselwirkungen von Wirbeln mit anderen Wirbel, dem Gitter und andere magnetische Teilchen.

Wirbel sind magnetische Objekte auf der Nanoskala, bei Typ-2-Supraleiter in Gegenwart von äußeren Magnetfeld gebildet. In einem fehlerfreien Probe kann Wirbel frei bewegen. Jedoch verschiedene Mängel im Material Ergebnis in Bereichen verringerter Supraleitung, die für Wirbel energetisch günstig sind. Wirbel neigen dazu, diese Regionen, auch bekannt als die Pinning-Stellen zu dekorieren. In diesem Fall ist die Kraft um einen Wirbel zu bewegen, muss größer sein als die Pinning-Kraft. Eigenschaften von Wirbeln, wie beispielsweise Wirbeldichte Wechselwirkungsstärke und Reichweite, kann leicht durch externes Feld, Temperatur oder Geometrie der Probe bestimmt werden. Die Fähigkeit , diese Eigenschaften zu kontrollieren macht sie ein gutes Modellsystem für kondensierter Materie Verhalten , das leicht abgestimmt werden kann, sowie geeignete Kandidaten für elektronische Anwendungen 1, 2. Steuerung der Lage der einzelnen Wirbel ist wesentlich für die Gestaltung solcher logische Elemente. Mechanische Kontrolle magnetischer Nanopartikel hatte zuvor erreicht. Kalisky et al. zuletzt verwendeten Scan supraleitenden Quanteninterferenzvorrichtung (SQUID) zur Untersuchung der Einfluss der lokalen mechanischen Beanspruchung auf ferromagnetischen Patches in komplexen Oxidgrenzflächen 3. Sie waren in der Lage, die Orientierung des Pflasters durch Scannen in Kontakt zu verändern, wird durch Drücken der Spitze des SQUID in die Probe, um eine Kraft von bis zu 1 &amp; mgr; N in dem Verfahren Anwendung. Wir haben ein ähnliches Verfahren in unserem Protokoll zu bewegen, um Wirbel eingesetzt. In bestehenden Studien der Wirbel Manipulation wurde Bewegung durch Anlegen von Strom an die Probe erreicht, so dass die Schaffung Lorentzkraft 4, 5, 6. Während dieses Verfahren wirksam ist, ist es nicht lokal, und erforderlich, um einen einzigen Wirbel, zusätzlichen Herstellungs zu steuern ist. Vortices kann auch sein maniplierten durch externes Magnetfeld angelegt wird , beispielsweise mit einem Magnetkraftmikroskop (MFM) oder mit einem SQUID Feldspule 7, 8. Dieses Verfahren ist wirksam und lokal, aber die Kraft, die durch diese Werkzeuge angewendet ist klein, und die Pinning-Kraft nur bei hohen Temperaturen, in der Nähe der kritischen Temperatur des Supraleiters überwinden. Unser Protokoll ermöglicht eine effektive, lokale Manipulation bei niedrigen Temperaturen (4 K) ohne zusätzliche Herstellung der Probe. Wir Bild Wirbel Scanning SQUID-Mikroskopie. Der Sensor wird auf einem Siliziumchip hergestellt, der in eine Ecke poliert wird, und auf einem flexiblen Kragarm verklebt. Der Ausleger ist für kapazitive Abtastung der Oberfläche verwendet. Der Chip ist in einem Winkel zu der Probe angeordnet ist, so daß der Kontaktpunkt an der Spitze des Chips ist. Wir wenden Kräfte von bis zu 2 &amp; mgr; N durch den Chip in die Probe drückt. Wir bewegen die Probe relativ zu dem SQUID von Piezo-Elementen. Wir ziehen umneben einem Wirbel der Wirbel, der durch den Siliziumspitze zu tippen, oder es durch Kehren, berühren den Wirbel.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="837">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">stick slip coarse motion system</td>
			<td style="width:207px;">attocube</td>
			<td style="width:135px;">ANPx-101</td>
			<td style="width:199px;">x,y motion</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">stick slip coarse motion system</td>
			<td style="width:207px;">attocube</td>
			<td style="width:135px;">ANPz-101</td>
			<td>z motion</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:299px;">stick slip coarse motion system controller</td>
			<td style="width:207px;">Attocube</td>
			<td style="width:135px;">ANC 300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">high voltage amplifier</td>
			<td style="width:207px;">Attocube</td>
			<td style="width:135px;">ANC 250</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">data acquisition card</td>
			<td style="width:207px;">National Instruments</td>
			<td style="width:135px;">NI&#160;PCIe-6363</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">piezo elements</td>
			<td style="width:207px;">Piezo Systems Inc</td>
			<td style="width:135px;">T2C</td>
			<td>non magnetic</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:299px;">low noise voltage preamplifier</td>
			<td style="width:207px;">Stanford Research Systems</td>
			<td style="width:135px;">SR 560</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">capacitance bridge</td>
			<td style="width:207px;">General Radio</td>
			<td style="width:135px;">1615A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">telescope</td>
			<td style="width:207px;">NAVITAR</td>
			<td style="width:135px;">1-504516</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">camera</td>
			<td style="width:207px;">MOTICAM</td>
			<td style="width:135px;">MP2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">dewar</td>
			<td style="width:207px;">Cryofab</td>
			<td style="width:135px;">N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">insert</td>
			<td style="width:207px;">ICE oxford</td>
			<td style="width:135px;">N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">Mu-metal shield</td>
			<td style="width:207px;">Amuneal</td>
			<td style="width:135px;">N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">vacuum cap</td>
			<td style="width:207px;">ICE oxford</td>
			<td style="width:135px;">N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">sputtering system</td>
			<td style="width:207px;">AJA international Inc</td>
			<td style="width:135px;">N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">lapping film</td>
			<td style="width:207px;">3M</td>
			<td style="width:135px;">261X</td>
			<td>non magnetic</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">Nb target</td>
			<td style="width:207px;">Kurt J. Lesker</td>
			<td style="width:135px;">EJTNBXX351A2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">GE Varnish</td>
			<td style="width:207px;">CMR-Direct</td>
			<td style="width:135px;">02-33-001</td>
			<td>for cryogenic heatsinking</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:299px;">Silver paste</td>
			<td style="width:207px;">Structure Probe Inc</td>
			<td style="width:135px;">05063-AB</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

scanning squid study of vortex manipulation by local contact

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.

Unser Protokoll wurde auf Tausenden von einzelnen, gut getrennt Wirbel in zwei Proben von Nb, und neun Proben von NbN erfolgreich getestet. Wir erzeugen neue Wirbel an der gleichen Probe, indem die Probe oberhalb von Tc erhitzt wird, und Abkühlen wieder auf 4,2 K in Gegenwart eines Magnetfelds. Wir wählten das externe Magnetfeld um die gewünschte Wirbeldichte zu erreichen. Wir zeigen hier, Daten aus diesen Experimenten. Diese Ergebnisse wurden im Detail von Kremen et al. 11. Das hier beschriebene Protokoll ermöglicht eine kontrollierbare Manipulation von Wirbeln in verschiedenen Konfigurationen (Abbildung 2). Einzelne Wirbel wurden über Entfernungen von bis zu 1 mm (Abbildung 3) bewegt, und blieb stabil an ihren neuen Standorten. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/54986/54986fig1.jpg" /> Abbildung 1. Scanning SQUID - System. (A) Der Scankopf. (B) Das große Foto des Gebiets , in eingekreist (a). (C) Probe-Sensor Frontwinkel. Die Winkel a und β zwischen dem Chip und seiner Reflexion von der Probe sollte auf beiden Seiten gleich sein. (D) Die gewählte Ausrichtungswinkel zwischen dem Sensor und der Probe. Der Winkel zwischen dem Chip und der Reflexion ist das Doppelte der gewünschten Winkel, die mindestens 4 ° sein sollte. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54986/54986fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54986/54986fig1large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/54986/54986fig2.jpg" /> Abbildung 2. Manipulation von Wirbeln nach Abkühlen der Probe in Gegenwart von Magne den Buchstaben B (a) Anfangskonfiguration zu bildentic Feld. (B) Eine neue Konfiguration nach der Wirbel bewegen, in der Form des Buchstaben B. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54986/54986fig2large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54986/54986fig2large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/54986/54986fig3.jpg" /> Abbildung 3. Verschiedene Manipulationen eines einzelnen Wirbel, es über eine Strecke von 820 &amp; mgr; m ziehen. Kleines Bild: (a) Ein einziger Wirbel. Die Schlüssellochform ist aufgrund zwischen dem magnetischen Signal und des Sensors Punktbildfunktion zur Faltung. (B) eine Abtastung in Kontakt mit dem SQUID eingeschaltet. Die anfängliche Position des Wirbels ist an der linken Seite des Bildes. Die Spitze des Signals bewegt sich nach rechts mit dem Wirbel, bis der Wirbel am rechten Ende und bewegt sich nicht mehr verlegt wird. (C) Eine Skizze eines Scans in Kontakt. DasSpitze des Sensors ist der erste Kontakt mit der Probe zu machen, während die Wirbel Lage vom Scan empfangenen relativ zu der Aufnahmeschleife, die von der Spitze versetzt ist. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54986/54986fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54986/54986fig3large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a>

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Scanning SQUID Study of Vortex Manipulation by Local Contact

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.

Scannen SQUID-Studie von Vortex Manipulation durch Kontakt vor Ort

Local, deterministic manipulation of individual vortices in type 2 superconductors is challenging. The ability to control the position of individual ...

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Nanyang Technological University

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Serie: Scanning SQUID Study of Vortex Manipulation by Local Contact

Scanning-probe Single-electron Capacitance Spectroscopy

The integration of low-temperature scanning-probe techniques and single-electron capacitance spectroscopy represents a powerful tool to study the electronic quantum structure of small systems - including individual atomic dopants in semiconductors. Here we present a capacitance-based method, known as Subsurface Charge Accumulation (SCA) imaging, which is capable of resolving single-electron charging while achieving sufficient spatial resolution to image individual atomic dopants. The use of a capacitance technique enables observation of subsurface features, such as dopants buried many nanometers beneath the surface of a semiconductor material1,2,3. In principle, this technique can be applied to any system to resolve electron motion below an insulating surface.
As in other electric-field-sensitive scanned-probe techniques4, the lateral spatial resolution of the measurement depends in part on the radius of curvature of the probe tip. Using tips with a small radius of curvature can enable spatial resolution of a few tens of nanometers. This fine spatial resolution allows investigations of small numbers (down to one) of subsurface dopants1,2. The charge resolution depends greatly on the sensitivity of the charge detection circuitry; using high electron mobility transistors (HEMT) in such circuits at cryogenic temperatures enables a sensitivity of approximately 0.01 electrons/Hz&frac12; at 0.3 K 5.

Scanning-probe single-electron capacitance spectroscopy facilitates the study of single-electron motion in localized subsurface regions. A sensitive charge-detection circuit is incorporated into a cryogenic scanning probe microscope to investigate small systems of dopant atoms beneath the surface of semiconductor samples.

Scanning-Probe-Einzel-Elektronen-Spektroskopie Kapazität

The integration of low-temperature scanning-probe techniques and single-electron capacitance spectroscopy represents a powerful tool to study the ...

Forschung

Ingenieurwesen

Analysis of Contact Interfaces for Single GaN Nanowire Devices

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit a strong degradation after annealing due to the occurrence of void formation at the contact/SiO2 interface. This void formation can cause cracking and delamination of the metal film, which can increase the resistance or lead to a complete failure of the NW device. In order to address issues associated with void formation, a technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from the substrates to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN NW devices. This procedure determines the degree of adhesion of the contact films to the substrate and NWs and allows for the characterization of the morphology and composition of the contact interface with the substrate and nanowires. This technique is also useful for assessing the amount of residual contamination that remains from the NW suspension and from photolithographic processes on the NW-SiO2 surface prior to metal deposition. The detailed steps of this procedure are presented for the removal of annealed Ni/Au contacts to Mg-doped GaN NWs on a SiO2 substrate.

A technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from their substrate to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN nanowire devices.

Die Analyse der Kontaktschnittstellen für Einzel GaN-Nanodraht-Geräte

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit  a strong degradation after annealing due to the  occurrence of void formation at the ...

Monolayer Contact Doping of Silicon Surfaces and Nanowires Using Organophosphorus Compounds

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra shallow and sharp doping profiles at the nanometer scale. In MLCD process the dopant source is a monolayer containing dopant atoms.
In this article a detailed procedure for surface doping of silicon substrate as well as silicon nanowires is demonstrated. Phosphorus dopant source was formed using tetraethyl methylenediphosphonate monolayer on a silicon substrate. This monolayer containing substrate was brought to contact with a pristine intrinsic silicon target substrate and annealed while in contact. Sheet resistance of the target substrate was measured using 4 point probe. Intrinsic silicon nanowires were synthesized by chemical vapor deposition (CVD) process using a vapor-liquid-solid (VLS) mechanism; gold nanoparticles were used as catalyst for nanowire growth. The nanowires were suspended in ethanol by mild sonication. This suspension was used to dropcast the nanowires on silicon substrate with a silicon nitride dielectric top layer. These nanowires were doped with phosphorus in similar manner as used for the intrinsic silicon wafer. Standard photolithography process was used to fabricate metal electrodes for the formation of nanowire based field effect transistor (NW-FET). The electrical properties of a representative nanowire device were measured by a semiconductor device analyzer and a probe station.

A detailed procedure for surface doping of Silicon interfaces is provided. The ultra-shallow surface doping is demonstrated by using phosphorus containing monolayers and rapid annealing process. The method can be used for doping of macroscopic area surfaces as well as nanostructures.

Monolayer Kontakt Dotierung von Silizium-Oberflächen und Nanodrähte Mit Phosphororganische Verbindungen

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra ...

In Depth Analyses of LEDs by a Combination of X-ray Computed Tomography (CT) and Light Microscopy (LM) Correlated with Scanning Electron Microscopy (SEM)

In failure analysis, device characterization and reverse engineering of light emitting diodes (LEDs), and similar electronic components of micro-characterization, plays an important role. Commonly, different techniques like X-ray computed tomography (CT), light microscopy (LM) and scanning electron microscopy (SEM) are used separately. Similarly, the results have to be treated for each technique independently. Here a comprehensive study is shown which demonstrates the potentials leveraged by linking CT, LM and SEM. In depth characterization is performed on a white emitting LED, which can be operated throughout all characterization steps. Major advantages are: planned preparation of defined cross sections, correlation of optical properties to structural and compositional information, as well as reliable identification of different functional regions. This results from the breadth of information available from identical regions of interest (ROIs): polarization contrast, bright and dark-field LM images, as well as optical images of the LED cross section in operation. This is supplemented by SEM imaging techniques and micro-analysis using energy dispersive X-ray spectroscopy.

In Depth Analyses of LEDs by a Combination of X-ray Computed Tomography CT and Light Microscopy LM Correlated with Scanning Electron Microscopy SEM

A workflow for comprehensive micro-characterization of active optical devices is outlined. It contains structural as well as functional investigations by means of CT, LM and SEM. The method is demonstrated for a white LED which can be still be operated during characterization.

In Tiefenanalysen der LEDs durch eine Kombination von Röntgen Computertomographie (CT) und Lichtmikroskopie (LM) korrelierte mit Rasterelektronenmikroskopie (SEM)

In failure analysis, device characterization and reverse engineering of light emitting diodes (LEDs), and similar electronic components of ...

Comprehensive Characterization of Extended Defects in Semiconductor Materials by a Scanning Electron Microscope

Extended defects such as dislocations and grain boundaries have a strong influence on the performance of microelectronic devices and on other applications of semiconductor materials. However, it is still under debate how the defect structure determines the band structure, and therefore, the recombination behavior of electron-hole pairs responsible for the optical and electrical properties of the extended defects. The present paper is a survey of procedures for the spatially resolved investigation of structural and of physical properties of extended defects in semiconductor materials with a scanning electron microscope (SEM). Representative examples are given for crystalline silicon. The luminescence behavior of extended defects can be investigated by cathodoluminescence (CL) measurements. They are particularly valuable because spectrally and spatially resolved information can be obtained simultaneously. For silicon, with an indirect electronic band structure, CL measurements should be carried out at low temperatures down to 5 K due to the low fraction of radiative recombination processes in comparison to non-radiative transitions at room temperature. For the study of the electrical properties of extended defects, the electron beam induced current (EBIC) technique can be applied. The EBIC image reflects the local distribution of defects due to the increased charge-carrier recombination in their vicinity. The procedure for EBIC investigations is described for measurements at room temperature and at low temperatures. Internal strain fields arising from extended defects can be determined quantitatively by cross-correlation electron backscatter diffraction (ccEBSD). This method is challenging because of the necessary preparation of the sample surface and because of the quality of the diffraction patterns which are recorded during the mapping of the sample. The spatial resolution of the three experimental techniques is compared.

The optical, electrical, and structural properties of dislocations and of grain boundaries in semiconductor materials can be determined by experiments performed in a scanning electron microscope. Electron microscopy has been used to investigate cathodoluminescence, electron beam induced current, and diffraction of backscattered electrons.

Umfassende Charakterisierung von ausgedehnten Defekten in Halbleitermaterialien durch ein Rasterelektronenmikroskop

Extended defects such as dislocations and grain boundaries have a strong influence on the performance of microelectronic devices and on other applications ...

Hand Controlled Manipulation of Single Molecules via a Scanning Probe Microscope with a 3D Virtual Reality Interface

Considering organic molecules as the functional building blocks of future nanoscale technology, the question of how to arrange and assemble such building blocks in a bottom-up approach is still open. The scanning probe microscope (SPM) could be a tool of choice; however, SPM-based manipulation was until recently limited to two dimensions (2D). Binding the SPM tip to a molecule at a well-defined position opens an opportunity of controlled manipulation in 3D space. Unfortunately, 3D manipulation is largely incompatible with the typical 2D-paradigm of viewing and generating SPM data on a computer. For intuitive and efficient manipulation we therefore couple a low-temperature non-contact atomic force/scanning tunneling microscope (LT NC-AFM/STM) to a motion capture system and fully immersive virtual reality goggles. This setup permits &#34;hand controlled manipulation&#34; (HCM), in which the SPM tip is moved according to the motion of the experimenter&#39;s hand, while the tip trajectories as well as the response of the SPM junction are visualized in 3D. HCM paves the way to the development of complex manipulation protocols, potentially leading to a better fundamental understanding of nanoscale interactions acting between molecules on surfaces. Here we describe the setup and the steps needed to achieve successful hand-controlled molecular manipulation within the virtual reality environment.

We demonstrate the precise manipulation of individual organic molecules on a metal surface with the tip of a scanning probe microscope driven in 3D by the experimenter's hand using a motion capture system and fully immersive virtual reality goggles.

Hand kontrollierte Manipulation einzelner Moleküle über ein Rastersondenmikroskop mit einer 3D-Virtual-Reality-Schnittstelle

Considering organic molecules as the functional building blocks of future nanoscale technology, the question of how to arrange and assemble such building ...

Use of Sacrificial Nanoparticles to Remove the Effects of Shot-noise in Contact Holes Fabricated by E-beam Lithography

Nano-patterns fabricated with extreme ultraviolet (EUV) or electron-beam (E-beam) lithography exhibit unexpected variations in size. This variation has been attributed to statistical fluctuations in the number of photons/electrons arriving at a given nano-region arising from shot-noise (SN). The SN varies inversely to the square root of a number of photons/electrons. For a fixed dosage, the SN is larger in EUV and E-beam lithographies than for traditional (193 nm) optical lithography. Bottom-up and top-down patterning approaches are combined to minimize the effects of shot noise in nano-hole patterning. Specifically, an amino-silane surfactant self-assembles on a silicon wafer that is subsequently spin-coated with a 100 nm film of a PMMA-based E-beam photoresist. Exposure to the E-beam and the subsequent development uncover the underlying surfactant film at the bottoms of the holes. Dipping the wafer in a suspension of negatively charged, citrate-capped, 20 nm gold nanoparticles (GNP) deposits one particle per hole. The exposed positively charged surfactant film in the hole electrostatically funnels the negatively charged nanoparticle to the center of an exposed hole, which permanently fixes the positional registry. Next, by heating near the glass transition temperature of the photoresist polymer, the photoresist film reflows and engulfs the nanoparticles. This process erases the holes affected by SN but leaves the deposited GNPs locked in place by strong electrostatic binding. Treatment with oxygen plasma exposes the GNPs by etching a thin layer of the photoresist. Wet-etching the exposed GNPs with a solution of I2/KI yields uniform holes located at the center of indentations patterned by E-beam lithography. The experiments presented show that the approach reduces the variation in the size of the holes caused by SN from 35% to below 10%. The method extends the patterning limits of transistor contact holes to below 20 nm.

Uniformly sized nanoparticles can remove fluctuations in contact hole dimensions patterned in poly(methyl methacrylate) (PMMA) photoresist films by electron beam (E-beam) lithography. The process involves electrostatic funneling to center and deposit nanoparticles in contact holes, followed by photoresist reflow and plasma- and wet-etching steps.

Die Verwendung von Aufopferungs Nanopartikel zu entfernen, die Auswirkungen von Shot-Rauschen in Kontaktlöchern Vorgefertigte durch Elektronenstrahl-Lithografie

Nano-patterns fabricated with extreme ultraviolet (EUV) or electron-beam (E-beam) lithography exhibit unexpected variations in size. This variation has ...

Precision Milling of Carbon Nanotube Forests Using Low Pressure Scanning Electron Microscopy

A nanoscale fabrication technique appropriate for milling carbon nanotube (CNT) forests is described. The technique utilizes an environmental scanning electron microscope (ESEM) operating with a low pressure water vapor ambient. In this technique, a portion of the electron beam interacts with the water vapor in the vicinity of the CNT sample, dissociating the water molecules into hydroxyl radicals and other species by radiolysis. The remainder of the electron beam interacts with the CNT forest sample, making it susceptible to oxidation from the chemical products of radiolysis. This technique may be used to trim a selected region of an individual CNT, or it may be used to remove hundreds of cubic microns of material by adjusting ESEM parameters. The machining resolution is similar to the imaging resolution of the ESEM itself. The technique produces only small quantities of carbon residue along the boundaries of the cutting zone, with minimal effect on the native structural morphology of the CNT forest.

Low pressure scanning electron microscopy in a water vapor ambient is used to machine nanoscale to microscale features in carbon nanotube forests.

Präzisionsfräsen von Carbon Nanotube Wälder Verwendung von Niederdruck-Rasterelektronenmikroskopie

A nanoscale fabrication technique appropriate for milling carbon nanotube (CNT) forests is described. The technique utilizes an environmental scanning ...

Measurements of Soil Carbon by Neutron-Gamma Analysis in Static and Scanning Modes

The herein described application of the inelastic neutron scattering (INS) method for soil carbon analysis is based on the registration and analysis of gamma rays created when neutrons interact with soil elements. The main parts of the INS system are a pulsed neutron generator, NaI(Tl) gamma detectors, split electronics to separate gamma spectra due to INS and thermo-neutron capture (TNC) processes, and software for gamma spectra acquisition and data processing. This method has several advantages over other methods in that it is a non-destructive in situ method that measures the average carbon content in large soil volumes, is negligibly impacted by local sharp changes in soil carbon, and can be used in stationary or scanning modes. The result of the INS method is the carbon content from a site with a footprint of ~2.5 - 3 m2 in the stationary regime, or the average carbon content of the traversed area in the scanning regime. The measurement range of the current INS system is &#62;1.5 carbon weight % (standard deviation &#177; 0.3 w%) in the upper 10 cm soil layer for a 1 hmeasurement.

Here, we present the protocol for in situ measurement of soil carbon using the neutron-gamma technique for single point measurements (static mode) or field averages (scanning mode). We also describe system construction and elaborate data treatment procedures.

Messungen von Kohlenstoff im Boden durch Neutron-Gamma-Analyse in statische und Scan-Modi

The herein described application of the inelastic neutron scattering (INS) method for soil carbon analysis is based on the registration and analysis of ...

Fabrication of Magnetic Nanostructures on Silicon Nitride Membranes for Magnetic Vortex Studies Using Transmission Microscopy Techniques

Electron and x-ray magnetic microscopies allow for high-resolution magnetic imaging down to tens of nanometers. However, the samples need to be prepared on transparent membranes which are very fragile and difficult to manipulate. We present processes for the fabrication of samples with magnetic micro- and nanostructures with spin configurations forming magnetic vortices suitable for Lorentz transmission electron microscopy and magnetic transmission x-ray microscopy studies. The samples are prepared on silicon nitride membranes and the fabrication consists of a spin coating, UV and electron-beam lithography, the chemical development of the resist, and the evaporation of the magnetic material followed by a lift-off process forming the final magnetic structures. The samples for the Lorentz transmission electron microscopy consist of magnetic nanodiscs prepared in a single lithography step. The samples for the magnetic x-ray transmission microscopy are used for time-resolved magnetization dynamic experiments, and magnetic nanodiscs are placed on a waveguide which is used for the generation of repeatable magnetic field pulses by passing an electric current through the waveguide. The waveguide is created in an extra lithography step.

A protocol for the fabrication of magnetic micro- and nanostructures with spin configurations forming magnetic vortices suitable for transmission electron microscopy (TEM) and magnetic transmission x-ray microscopy (MTXM) studies is presented.

Herstellung von magnetische Nanostrukturen auf Silizium-Nitrid Membranen für magnetische Wirbel Studien mit Übertragungstechniken Mikroskopie

Electron and x-ray magnetic microscopies allow for high-resolution magnetic imaging down to tens of nanometers. However, the samples need to be prepared ...