Scanning SQUID Microscope for Studying Vortex Matter in Type-II Superconductors

روش‌های رایج تصویربرداری مغناطیسی محلی یا وضوح فضایی بالا و حساسیت میدان نسبتاً ضعیف (MFM، میکروسکوپ لورنتس) یا حساسیت میدان نسبتاً بالا اما وضوح فضایی محدود (میکروسکوپ SQUID اسکن) را نمایش می‌دهند. از آنجایی که میدان مغناطیسی یک نانوذره یا نانوساختار به سرعت با فاصله از ساختار تجزیه می‌شود، وضوح فضایی قابل دستیابی در نهایت با جداسازی پروب-نمونه محدود می‌شود. این پایان نامه یک روش جدید برای ساخت کوچکترین دستگاه تداخل کوانتومی ابررسانا (SQUID) ارائه می‌کند که روی راس یک نوک بسیار تیز قرار دارد. nanoSQUID-on-tip اندازه مشخصه تا 100 نانومتر و حساسیت میدان 10^-3 Gauss/Hz^(1/2) را نمایش می دهد. یک میکروسکوپ SQUID روبشی با چسباندن nanoSQUID-on-tip به یک چنگال تنظیم کوارتز ساخته شد. این امر باعث شد که nanoSQUID در عرض نانومتر از سطح نمونه اسکن شود و تصاویری همزمان از توپوگرافی نمونه و توزیع میدان مغناطیسی ارائه کند. این میکروسکوپ نشان‌دهنده پیشرفت قابل توجهی نسبت به تکنیک‌های اسکن SQUID موجود است و انتظار می‌رود بتواند اسپین یک الکترون را تصویر کند.

Common methods of local magnetic imaging display either a high spatial resolution and relatively poor field sensitivity (MFM, Lorentz microscopy), or a relatively high field sensitivity but limited spatial resolution (scanning SQUID microscopy). Since the magnetic field of a nanoparticle or nanostructure decays rapidly with distance from the structure, the achievable spatial resolution is ultimately limited by the probe-sample separation. This thesis presents a novel method for fabricating the smallest superconducting quantum interference device (SQUID) that resides on the apex of a very sharp tip. The nanoSQUID-on-tip displays a characteristic size down to 100 nm and a field sensitivity of 10^-3 Gauss/Hz^(1/2). A scanning SQUID microsope was constructed by gluing the nanoSQUID-on-tip to a quartz tuning-fork. This enabled the nanoSQUID to be scanned within nanometers of the sample surface, providing simultaneous images of sample topography and the magnetic field distribution. This microscope represents a significant improvement over the existing scanning SQUID techniques and is expected to be able to image the spin of a single electron.