Применение сканирующего СКВИД-микроскопа

ССМ-77 предназначен для визуализации и количественных измерений локальных магнитных полей рассеяния высокотемпературных сверхпроводниковых тонкопленочных структур, магнитных пленок и магнитных микроструктур при температуре кипения жидкого азота, Т=77 К. Результаты измерений позволяют определить распределение вектора намагниченности исследуемого объекта.

 

 

Таблица 6.1 Основные параметры ССМ-77.

температура образца	77 К,
рабочая температура датчика	77 К
чувствительность по магнитному полю	100 пТл/Гц,
пространственное разрешение	20 мкм
динамический диапазон	120 дБ
максимальное измеримое магнитное поле	10-4 Т
рабочая полоса частот	0 - 10 кГц
площадь сканирования	10 мм х 10 мм
минимальный шаг сканирования по Х,Y	2 мкм

 

В сравнении с миниатюрными датчиками Холла, магнитооптическими методами и магнитносиловой микроскопией  СКВИД – микроскопия отличается уникальной чувствительностью и наименьшим обратным влиянием на исследуемый объект. СКВИД-микроскопы  могут регистрировать магнитные поля величиной менее 100 пТ. Они могут быть использованы в материаловедении, нанотехнологии, микроэлектронике и криоэлектронике, а также для фундаментальных исследований в области физики конденсированных сред.

ССМ-77 был разработан и изготовлен на физическом факультете МГУ в 1994 г. и является единственным в России действующим макетом сканирующего  СКВИД-микроскопа. Подобные микроскопы созданы в США, Японии, Швеции и Германии. ССМ-77 относится к классу устройств, позволяющих получать изображения распределения магнитного поля над поверхностью исследуемого объекта с пространственным разрешением от единиц микрометров до нескольких миллиметров и чувствительностью от десятков наноТесла до долей пикоТесла. В сканирующем СКВИД-микроскопе образец перемещается в плоскости X-Y относительно СКВИДа, при этом СКВИД измеряет нормальную к поверхности образца компоненту магнитного поля В _z . Во время сканирования выходной сигнал СКВИД регистрируется в зависимости от текущих координат и преобразуется с помощью компьютера в двумерное или трехмерное изображение распределения магнитного поля.

ССМ-77 позволяет получать изображения распределения магнитного поля с пространственным разрешением 50 – 20 мкм. Он использовался для исследования свойств высокотемпературных сверхпроводящих тонких пленок и тонкопленочных структур, ультратонких пленок Ni и пленок Ленгмюра-Блоджетт с встроенными атомами Gd. С его помощью были записаны изображения магнитной регистрирующей среды на фрагменте стандартной дискеты, визуализировано поведение ансамбля доменов в структурах с гигантским магнитным импедансом (ГМИ).

Рисунок 6.10 Изображение распределения магнитного поля вблизи поверхности сверхпроводящей пленки

В качестве примера на рисунке 2 представлено изображение распределения магнитного поля вблизи поверхности сверхпроводящей YBa₂Cu₃O_7-x пленки (на расстоянии 20 мкм) при температуре кипения жидкого азота 77К. Резкие магнитные особенности, видимые на изображении, соответствуют одиночным квантам магнитного потока, проникшим в пленку (1 квант потока Ф₀ = 2·10^-15 Вб). Изучение распределения магнитных вихрей в ВТСП пленках позволяет судить о качестве пленок и перспективах их использования в сверхпроводниковой электронике.

Рисунок 6.11 Визуализация магнитной структуры пермаллоевого элемента с использованием ССМ-77

ССМ-77 использовался для визуализации магнитной структуры в ГМИ элементах. На рисунке 6.11представлено магнитное изображение пермаллоевого полоскового элемента толщиной 1 мкм и размерами 6 мм на 0,4 мм. Топография нормальной компоненты магнитного поля над центральной частью образца была визуализирована с пространственным разрешением порядка 30 мкм. Изображение, полученное в остаточном магнитном поле порядка 0,2 мкТ, хорошо соответствует доменной структуре с анизотропией перпендикулярной продольной оси образца. Контроль магнитной структуры реальных ГМИ-элементов важен для оптимизации технологических процессов.

Дальнейшее развитие сканирующих СКВИД-микроскопов связано с увеличением пространственного разрешения устройств до субмикронного масштаба, необходимого для изучения наноструктур. Перспективным направлением является создание СКВИД-микроскоп ов  для измерения образцов при комнатной температуре (ССМ-300), что позволит значительно расширить область их применения.

Контрольные вопросы к главе 6

1. Объясните физическую природу сверхпроводимости?

2. В чем заключается суть эффекта Мейснера?

3. Почему вид графиков, отражающих эффекты Холла и Джозефсона имеют ступенчатый характер?

4. В чем заключаются достоинства и недостатки СКВИД-микроскопии?

5. Приведите примеры практического использования стационарного и нестационарного эффектов Джозефсона.

 

⇐ Предыдущая17181920212223242526Следующая ⇒

Поделиться: