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Erfolgreicher Einsatz von PTB Nano-SQUIDs für Raster-SQUID Mikroskopie.

21.11.2013

Im Reinraumzentrum der PTB wurden auf der Basis von SNS Josephson-Kontakten (S: Supraleiter, N; Normalleiter) Nano-SQUIDs hergestellt, wobei HfTi als normalleitende Barriere verwendet wurde. Der hierfür an der PTB optimierte Fabrikationsprozess umfasst den Einsatz der Elektronenstrahllithographie und des chemisch-mechanischen Polierens (CMP) als Kerntechnologien. Dadurch können Josephson-Kontakte mit Abmessungen unter 100 nm und SQUID-Schleifen von ca. 200 nm Kantenlänge realisiert werden. In den neuesten SQUIDs wurde die SQUID-Schleife senkrecht zur Chip-Oberfläche gefertigt, was eine weitere Miniaturisierung ermöglicht.

Die auf einem 3D-Piezo-Positioniersystem untergebrachten SQUIDs wurden mit einem Ni-Nanotube, das auf einem Si-Cantilever mit optischer Auslesung installiert war, in einer Kooperation an den Universitäten Tübingen und Basel untersucht (Bild 1). Mit diesem Tieftemperatur-Raster-SQUID-Mikroskop konnten u.a. Abrikosov-Vortizes in Nb-Schichten direkt dargestellt werden. Die exzellenten Eigenschaften der SQUIDs mit seinem extrem geringen Flussrauschen (220 0/Hz1/2) trugen entscheidend zu der sehr hohen Ortsauflösung des Sensors bei. Die Ergebnisse sind im Detail in zwei Veröffentlichungen dargestellt [1,2].




[1]  J. Nagel et al., “Nanoscale multifunctional sensor formed by a Ni nanotube and a scanning Nb nanoSQUID”, Physical Review B, vol. 88, 064425, 2013.

[2]  A. Buchter et al., “Reversal Mechanism of an Individual Ni Nanotube Simultaneously Studied by Torque and SQUID Magnetometry”, Physical Review Letters, vol. 111, 067202, 2013.

 

 

 

Bild 1: Skizze des experimentellen Aufbaus (a). Oben rechts ist die vergrößerte Darstellung gezeigt. Die gepunktete Linie kennzeichnet die Position der SQUID-Schleife senkrecht zur Oberfläche. Darstellung der Ergebnisse der gleichzeitig erfolgten Messung von Δf(x,y) (b) und Φ(x,y) (c) für einen Abstand von z = 280 nm (H = 0). In den Graustufen-Darstellungen variiert Δf von -170…430 Hz und Φ  von ‑ 0,08…0,08 Φ0. Die gepunktete Linie zeigt den T-förmigen SQUID, der rote Punkt kennzeichnet die Arbeitsposition ([2] - Copyright (2013) by the American Physical Society).

 

 

 

Ansprechpartner: O. Kieler
Fachbereich 2.4:  Quantenelektronik