Name: fabrication of magnetic nanostructures on silicon nitride membranes for magnetic vortex studies using transmission microscopy techniques
Uploaded: 2018-07-02T14:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 27 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Magnetic Nanostructures on Silicon Nitride Membranes for Magnetic Vortex Studies Using Transmission Microscopy Techniques at JoVE.com

Bu araştırma mali Grant Ajansı (Proje No 15-34632 L) Çek Cumhuriyeti ve CEITEC Nano + proje, kimliği CZ.02.1.01/0.0/0.0/16 013/0001728 tarafından desteklenmiştir. Örnek imalat ve madde ölçüm CEITEC Nano araştırma altyapısı (kimliği LM2015041, yapsa CR 2016-2019) gerçekleştirilmiştir. Meena Dhankhar Brno doktora yetenek burs tarafından desteklenmiştir.

Biz örnekleri fabrikasyon TEM ve MTXM için bir yöntemi göstermektedir. Permalloy nanodiscs 250-4000 nm ve kalınlıkları 20-100 nm arasında değişen fan çapı 30 nm kalın günah membranlar üzerinde TEM ve 200 nm kalın günah membran için MTXM için fabrikasyon. Günah membranlar fotoğraflarını Şekil 1' de gösterilmiştir.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57817/57817fig1.jpg"> Resim 1 : MTXM (solda) ve TEM (sağda) örnekleri için bir substrat kullanılan günah membranlar fotoğrafı. Görüntü boyutu karşılaştırma için bir cetvel gösterir. 5 x 5 mm dikdörtgen pencere kalınlığında 200 MTXM çerçevedir nm TEM çerçeve uyar ve çaplari 3 mm daire ile bir pencere kalınlık-in 30 nm. <a href="/files/ftp_upload/57817/57817fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
1. TEM için örnekleri imalatı
Not: Bu bölümde biz örnekleri imalatı için manyetik girdaplar17çekirdekleşme sürecinin gözlem için kullanılan TEM tanımlamak. Çünkü manyetik yapıları lithographical imalatı için sağlam bir destek sundukları membranlar yüzeyler seçilir. Membran pencere kalınlığı önemli bir parametredir. Daha yüksek bir hızlanan gerilim delici daha kalın örnekleri sağlar, ancak herhangi bir gereksiz kalınlıkta sinyal19kaybına neden olur. Bu nedenle, biz bizim tedarikçiden en ince membranlar kullanılabilir kullanın (30 nm).
<ol><li>
Yüzey hazırlama ve spin kaplama Not: Bir istediğiniz almak için yaygın olarak kullanılan bir işlem karşı koymak belgili tanımlık substrate filmde Spin kaplama var. Resist küçük bir miktar sonra istenilen kaplama kalınlığı almak için çok yüksek bir hızda döndürülür substrat üzerine bırakılır. TEM membranlar spin kaplama aşağıdaki nedenlerden dolayı oldukça mahsustur: (i) Eğer membran spin coater'ın ekseninde döndü, resist nedeniyle membran'ın küçük çapı eşit olmaz ve (ii) vakum sahipleri kullanılamaz çünkü onlar zarar verebilir membran. Bu amaçla, biz membran eksen dışı tutun ve örnek tutmak için bir vakum gerek yoktur (bkz. Şekil 2) 3D yazdırılan bağdaştırıcıları tasarlanmıştır.<ol>
<li>Herhangi bir nem kaldırmak 15 dakika 180 ° c sıcak tabakta günah membranlar ppost.</li>
		<li>Adaptör spin coater üzerine ekler ve membranlar bağdaştırıcısı yerleştirir.</li>
		<li>Spin kat 950 K PMMA (poli-Metil-metakrilat) direnmek için yaklaşık 200 film kalınlığı üretmek 1 dk 3000 rpm'de nm.</li>
		<li>PMMA katman sertleşmesine 3 min için 180 ° c sıcak tabakta örnekleri sonrası pişirin.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57817/57817fig2.jpg"> Resim 2 : 3D fotoğraf baskılı TEM membran eksen dışı spin kaplama sırasında tutmak için kullanılan bağdaştırıcı,. Aynı anda birden fazla membran kaplı olması. <a href="/files/ftp_upload/57817/57817fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<ol start="2"><li>
Elektron ışını litografi (EBL)
	<ol>
<li>Grafik veritabanı sistemi (GDS) biçiminde disk istenen desen çizmek ve elektron ışını (e-beam) litografi sistem için adatum.com'un.</li>
		<li>Örnekleri e-beam yazar sisteme yük, sahne ve ışınla.</li>
		<li>Disk alanının bir elektron doza 260 µC/cm2 20 ışın enerji açığa keV. Not: Fuar süreci uygun parametreler şunlardır 250 pA ışın mevcut ve bir adım boyu 10 nm. Bu doz gelmekte ve membranlar üzerinde son derece azalır gibi yüzeylerde toplu olarak karşılaştırıldığında yaklaşık % 30 daha yüksek olduğunu.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Kimyasal geliştirme
	<ol>
<li>Maruz kaldıktan sonra bir metil izobütil keton (MIBK) örneklerinde geliştirmek-tabanlı geliştirici 2 dakika süreyle durdurmak geliştirme için 30 izopropil alkol (IPA) kullanarak s.</li>
		<li>Her örnek için 30 deiyonize su yıkama s ve azot bir cımbız ile tutarak kullanarak kuruttun.</li>
		<li>Bir optik mikroskobu düşük bir büyütme oranında ilk kullanarak örnekleri gelişimi kontrol (5 X objektif kullanarak) ve daha sonra yüksek büyütmede (100 X objektif kullanarak); Gelişmiş bir örnek optik mikroskobu görüntüsü Şekil 3' te gösterilmiştir.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Elektron ışını buharlaşma Not: Elektron ışını buharlaşma20 içinde bir hedef anot yüksek enerjili elektron-ışını yüksek vakum altında bir ücret tungsten filament tarafından üretilen ile alı fiziksel buhar biriktirme biçimidir. Elektron ışını atomları bir gaz halinde olan yakıtlar aşamasında içine dönüştürmek için hedef neden olur. Bu atomlar katı forma çökelti ve hedef malzemenin ince bir tabaka ile vakum odasında her şeyi ceket. Disk sınırında herhangi bir ekstra malzeme yatırma olmadan diske güzel bir kenar verir gibi bir kalkış amaç için bir e-beam buharlaşma sistemi kullanmak daha iyidir.<ol>
<li>Dikkatle poli-oxydiphenylene-pyromellitimide (Örneğin, Kapton) kullanarak membran tutucu bant ve yük kilit yolu ile e-beam evaporatör ifade odasına aktar.</li>
		<li>20'den 100'e kadar kalınlıkları ile ince bir tabaka halinde permalloy (Ni80Fe20) yatırmak için elektron ışını buharlaşma sistemini kullanan nm yaklaşık 1 Aͦ/s. ifade hızda kullanmak 8 ivme gerilim kV ve mevcut ışınla yaklaşık 120 mA.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Kalkış
	<ol>
<li>1 h için membranlar aseton ile bir ölçek içine koymak (en az % 99.5 ile saflık).</li>
		<li>Şimdi zarları fazla metal kaldırılana kadar her bir cımbız ile tutarak aseton ile sprey.</li>
		<li>Fazla metal örnek üzerinde kalırsa, membranlar geri kabı yerleştirin ve yordamı yineleyin. Not: İsteğe bağlı olarak, megasonic banyo kalkış prosedür yardımcı olmak için kullanılabilir. Membranlar tatili gibi klasik ultrasonik banyo kullanmak mümkün olmadığını unutmayın.</li>
		<li>Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile manyetik disklerin son dizi 5 hızlanan gerilim görüntü kV ve son kontrol için 100 pA ışın mevcut. 100.000 X büyütme bir görüntü Şekil 3b' gösterilir.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Madde görüntüleme
	<ol>
<li>Örnek TEM örnek yuvasına bağlayın ve sokmak o mikroskop.</li>
		<li>Örnek yükseklik düzeltin ve istenen hızlanan gerilim Lorentz modunda mikroskop hizalamak (bizim durumumuzda 300 kV) mikroskop standart prosedürler kullanarak.</li>
		<li>Manyetik sinyali Lorentz objektif defocusing tarafından tanıtmak.</li>
		<li>Deney ile devam edin. Uçak-alanı bileşeni tanıtmak için örnek eğimli (Örneğin, uygun açı 30 °, tutucu belirtimi için en fazla tilt açı kontrol).</li>
		<li>Manyetik alan (normalde Lorentz modunda devre dışı) objektif lens heyecan verici tarafından uygulanır. Not: Alan kalibrasyon eğrisi TEM üreticisi tarafından sağlanmalıdır.</li>
		<li>Örnek emdirmek, yavaş yavaş objektif lens deexciting tarafından manyetik alanı azaltmak ve esir alma imge fotoğraf makinesinde. Örnek sonuçları Şekil 3 cile gösterilir.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57817/57817fig3.jpg"> Şekil 3 : Son örnek tarafından optik görüntüsü ve elektron microscopies. (bir) Bu panel silikon nitrür membran pencere disk dizileri ile resist sonra elektron ışını pozlama ve resist geliştirme gösterir. (b) Bu panel Bu panel manyetik nanodiscs bir dizide manyetik girdaplar çekirdekleşme Birleşik madde görüntüsünü gösterir SEM (c) tarafından görüntülü manyetik diskler son dizisi gösterir. <a href="/files/ftp_upload/57817/57817fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
2. MTXM için örnekleri imalatı
Not: MTXM ölçümlerde Biz teknik 's zaman çözünürlüğü yararlanabilirsiniz. Manyetik girdaplar, yüksek frekanslı uyarma tanıtmak için ilk adım altın bir dalga kılavuzu imal ve manyetik diskler üzerine dalga kılavuzu ikinci litografi adımda yerleştirin. Bütünü yumuşak x-ışınları21için şeffaf bir 200 nm kalın günah membran üzerinde fabrikasyon. Ayrıntılı adımlar aşağıdaki metinde açıklanan ve süreç şeması Şekil 4' te gösterilen. TEM örnekleri imalat için yukarıda açıklanan tüm adımları MTXM örnek imalat süreci geçer ama bir ek litografi adım dalga kılavuzu imal etmek gereklidir.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57817/57817fig4.jpg"> Şekil 4 : Silikon nitrür membran MTXM deneyler zaman karar vermek için bir örnek diskler ve bir dalga kılavuzu ile hazırlık merdivenlerinde şemaları. Son yapı elde etmek için bir iki adım litografi içerir. <a href="/files/ftp_upload/57817/57817fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<ol><li>Numune hazırlama ve spin kaplama Not: Bir 3 x 3 mm2 geniş 5 x 5 mm2 çerçeve ve 200 nm kalın orta pencere membran MTXM için değil. Bu membran kırar gibi membran spin coater vakum chuck üzerinde koyamazsınız. Bu durumda, membran ile çalışma kolaylaştırmak için 10 x 10 mm2 silikon gofret için yapıştırılmış.<ol>
<li>Günah örnekleri örnekleri herhangi bir nem kaldırmak 15 dakika 180 ° c sıcak tabakta ppost.</li>
		<li>Kat 1 dk 3000 rpm'de olumlu resist CSAR spin; elde edilen film kalınlığı yaklaşık 500 olduğunu nm. Not: Bu tür resist daha hızlı kez yazılı olarak sonuçlanan onun daha yüksek hassasiyet için seçildi. Kalınlığı-spin hızı bağımlılığı resist veri sayfasında bulunabilir.</li>
		<li>Resist katman sertleşmesine 1 dk. için 150 ° C'de sıcak tabakta örnekleri sonrası pişirin.</li>
	</ol></li>
	<li>Elektron ışını litografi dalga kılavuzu
	<ol>
<li>Dalga kılavuzu ve hizalama işaretlerini (ikinci litografi adımlar için) gerekli kalıbı GDS biçiminde oluşturup e-beam litografi sistem için adatum.com'un.</li>
		<li>Örnekleri e-beam yazar sisteme yük, sahne ve ışınla.</li>
		<li>Bir elektron ışını enerji 20 65 µC/cm2 doz disk alanına maruz keV, 10 nA ışın mevcut ve bir adım boyu 200 nm. Not: Biz CSAR olumlu resist dalga kılavuzu ve hizalama işaretlerini teşhir için kullanılır. Bu resist PMMA 65 μC/cm2 elektron doz ile daha yüksek bir duyarlılık 20 ışını enerjisini vardır keV ve bu nedenle, Fuar hızlandırmak için olumlu.</li>
	</ol></li>
	<li>Kimyasal geliştirme
	<ol>
<li>Maruz kaldıktan sonra Geliştirici 1 dk. için örneklerinde geliştirmek ve 30 için bir stoper (IPA) ile takip s.</li>
		<li>30 deiyonize su örneklerinde yıkama s ve onları azot ile cımbız ile tutarak kuruttun.</li>
	</ol></li>
	<li>Elektron ışını buharlaşma
	<ol>
<li>E-beam evaporatör dalga kılavuzu ve hizalama işaretlerini Ti(3nm)/Au(100nm) bilayer yatırmak için kullanabilir.</li>
		<li>Örnekleri katman homojenliği artırmak için 10 rpm hızında sürekli olarak döndürün. Not: 3-5 nm titanyum tabakası günah örnek ve Au katman arasındaki yapışkan bir teması da kuruyor. Au katman kalınlığı genellikle 80-120 nm arasında olduğunu. Kalınlığı aralığı geçerli bakliyat dalga kılavuzu enjekte için kullanılan özel baskılı devre kartları için örnek tel bağ için uygundur.</li>
		<li>Bir ifade hızını 0.5 - Ti için kullanın, 0.7 Aͦ/s ve ~2.5 Au için Aͦ/s. korumak temel baskı e-beam sisteminin yaklaşık 10-7 mbar, veya daha iyi.</li>
		<li>Alternatif olarak, Cu Au yerine daha iyi bir şeffaflık için dalga kılavuzu fabrikasyon yumuşak x-ışınları için kullanın.</li>
	</ol></li>
	<li>Kalkış
	<ol>
<li>Ti/Au ince film biriktirme sonra 1 h için aseton örnekleri koymak.</li>
		<li>Şimdi, membranlar fazla metal kaldırılana kadar onları cımbız ile tutarak aseton ile sprey.</li>
		<li>Fazla metal örnekleri üzerinde kalırsa, onları kabı aseton ile yer ve yordamı yineleyin. Not: İsteğe bağlı olarak, megasonic banyo kalkış prosedür desteklemek için kullanılabilir. Örnekleri ile hizalama işaretlerini Ti/Au dalga yapısı ile dalga kılavuzu üzerinde manyetik diskler imalatı için tekrar aynı litografi adımları izlemesi.</li>
	</ol></li>
	<li>TiO2 ifade
	<ol>
<li>Dalga kılavuzu ve hizalama işaretlerini örnekleriyle atom katman biriktirme sistemi yerleştirin ve 20 mevduat nm dalga kılavuzu ve diskler arasında yalıtım katmanı yapmak için TiO2 katman.</li>
		<li>Ti habercisi Tetrakis (dimethylamido) titanyum (TDMAT) ve H2O TiO2 ifade için oksijen plazma tarafından kullanın ve 0,51 Aͦ/döngüsü oranında büyüyor.</li>
	</ol></li>
	<li>Kaplama örnekleri spin Not: Biz resist bir çift katmanlı diskler kenar kalitesini artırmak için kullanılır. E-beam pozlama sırasında alt resist aşırı doz ve geliştirme sonra rafine bir hızar sağlar.<ol>
<li>180 ° c nem kaldırmak 15 dakika sıcak tabakta örnekleri ppost.</li>
		<li>Spin kat 1 dk 4000 devirde kopolimer resist. Not: Elde edilen film kalınlığı yaklaşık 30'dur nm.</li>
		<li>Resist sertleşmesine 3 min için 180 ° c sıcak tabakta örnekleri sonrası pişirin.</li>
		<li>PMMA 950 K karşı koymak için 1 dk 4000 devirde kat spin. Elde edilen film kalınlığı yaklaşık 270 olduğunu nm.</li>
		<li>Sonrası örnekleri için resist sertleşmesine 3 dak 180 ° C'de pişirin.</li>
	</ol></li>
	<li>Elektron ışını litografi disklerin
	<ol>
<li>İkinci lithographical desen disklerin GDS biçiminde oluşturup e-beam litografi sistem için adatum.com'un.</li>
		<li>Küresel almak UV koordinasyon sistemi örnek hizalamak için kullanılır.</li>
		<li>Yazma alanın boyutu, döndürme ve dalga kılavuzu disklerde doğru konumunu sağlamak için shift kalibre için yazma alanını hizalamak için yerel işaretleri kullanın.</li>
		<li>Disk alanının bir elektron doza 220 µC/cm2 20 ışın enerji açığa keV. Işın akım 200-300 PA ve 10 adım boyutunu kullanmak için desen açığa nm.</li>
	</ol></li>
	<li>Kimyasal geliştirme
	<ol>
<li>1 dk. için bir MIBK tabanlı geliştirici örneklerinde geliştirmek ve 30 için bir stoper (IPA) ile takip s.</li>
		<li>30 deiyonize su örneklerinde durulama s ve onları azot ile cımbız ile tutarak kuruttun.</li>
	</ol></li>
	<li>İyon-ışın şaplatın ifade
	<ol>
<li>Örnekleri iyon-ışın sputtering sistemi yerleştirin.</li>
		<li>Belgili tanımlık yuvarlak yüzey gölgeleme etkisiyle konik için sputter malzeme yönüne göre 30 ° tarafından örnek sahibi eğ. Not: Sivrilen girdap dolaşım11geçiş kontrol etmek için kullanılır.</li>
		<li>Yeminli bir ifade kullanarak 20-50 nm kalın permalloy (Ni80Fe20) tabaka mevduat oranı 0.5 - 0.7 Aͦ/s yaklaşık 10-5 mbar çalışma baskısı. Not: Temel baskı 10-7 mbar olmak ya da daha iyi.</li>
	</ol></li>
	<li>Kalkış
	<ol>
<li>1s için aseton örnekleri koymak.</li>
		<li>Şimdi, membranlar fazla metal kaldırılana kadar onları bir cımbız tutarken aseton ile sprey.</li>
		<li>Fazla metal örnek üzerinde kalırsa, örnek kabı aseton ile başa yerleştirin ve yordamı yineleyin. Not: İsteğe bağlı olarak, megasonic banyo kalkış prosedür desteklemek için kullanılabilir. Permalloy diskler son yapısını Şekil 5' te gösterildiği gibi bir günah membran üzerinde bir Ti/Au dalga kılavuzu üzerinde bulduk.</li>
	</ol></li>
</ol><img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57817/57817fig5.jpg"> Şekil 5 : SEM görüntü 30 nm kalın ve 2 µm geniş permalloy disk üzerinde altın bir dalga kılavuzu hizalama işareti son yapısının. Örnekleri kullanılır MTXM deneyler zaman karar vermek için daha fazla. <a href="/files/ftp_upload/57817/57817fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>

<ol>
	<li>Hubert, A., Sch&#228;fer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Magnetic Domains. The Analysis of Magnetic Microstructures. , (1998).</li><li>Cowburn, R. P., Koltsov, D. K., Adeyeye, A., O, M. E., Welland, M. E., Tricker, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-domain+circular+nanomagnets.">Single-domain circular nanomagnets.</a> Physical Review Letters. 83 (5), 1042-1045 (1999).</li><li>Shinjo, T., Okuno, T., Hassdorf, R., Shigeto, K., Ono, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+vortex+core+observation+in+circular+dots+of+Permalloy.">Magnetic vortex core observation in circular dots of Permalloy.</a> Science. 289 (5481), 930-932 (2000).</li><li>Guslienko, K. Y., Novosad, V., Otani, Y., Shima, H., Fukamichi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetization+reversal+due+to+vortex+nucleation,+displacement,+and+annihilation+in+submicron+ferromagnetic+dot+arrays.">Magnetization reversal due to vortex nucleation, displacement, and annihilation in submicron ferromagnetic dot arrays.</a> Physical Review B. 65, 024414 (2001).</li><li>Guslienko, K. Y., Novosad, V., Otani, Y., Shima, H., Fukamichi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Field+evolution+of+magnetic+vortex+state+in+ferromagnetic+disks.">Field evolution of magnetic vortex state in ferromagnetic disks.</a> Applied Physics Letters. 78 (24), 3848 (2001).</li><li>Schneider, M., Hoffmann, H., Otto, S., Haug, T., Zweck, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stability+of+magnetic+vortices+in+flat+submicron+Permalloy+cylinders.">Stability of magnetic vortices in flat submicron Permalloy cylinders.</a> Journal of Applied Physics. 92 (3), 1466-1472 (2002).</li><li>Van Waeyenberge, 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=Magnetic+vortex+core+reversal+by+excitation+with+short+bursts+of+an+alternating+field.">Magnetic vortex core reversal by excitation with short bursts of an alternating field.</a> Nature. 444, 461-464 (2006).</li><li>Kammerer, 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=Magnetic+vortex+core+reversal+by+excitation+of+spin+waves.">Magnetic vortex core reversal by excitation of spin waves.</a> Nature Communications. 2, 279 (2011).</li><li>Guslienko, K. Y., Ivanov, B. A., Novosad, V., Otani, Y., Shima, H., Fukamichi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Eigenfrequencies+of+vortex+state+excitations+in+magnetic+submicron-size+disks.">Eigenfrequencies of vortex state excitations in magnetic submicron-size disks.</a> Journal of Applied Physics. 91 (10), 813-823 (2002).</li><li>Urb&#225;nek, 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=Dynamics+and+efficiency+of+magnetic+vortex+circulation+reversal.">Dynamics and efficiency of magnetic vortex circulation reversal.</a> Physical Review B. 91, 094415 (2015).</li><li>Uhl&#237;&#345;, V., 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+switching+of+the+spin+circulation+in+tapered+magnetic+nanodisks.">Dynamics switching of the spin circulation in tapered magnetic nanodisks.</a> Nature Nanotechnology. 8 (5), 341-346 (2013).</li><li>Jung, H., 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=Logic+operations+based+on+magnetic-vortex-state+networks.">Logic operations based on magnetic-vortex-state networks.</a> ACS Nano. 6 (5), 3712-3717 (2012).</li><li>Hasegawa, N., Sugimoto, S., Fujimori, H., Kondou, K., Niimi, Y., Otani, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+mode+excitation+in+three-chained+magnetic+vortices.">Selective mode excitation in three-chained magnetic vortices.</a> Applied Physics Express. 8 (6), 063005 (2015).</li><li>Wintz, S., 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=Magnetic+vortex+cores+as+tunable+spin-wave+emitters.">Magnetic vortex cores as tunable spin-wave emitters.</a> Nature Nanotechnology. 11, 948-953 (2016).</li><li>Hopster, H., Oepen, H. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Magnetic Microscopy of Nanostructures. , (2005).</li><li>Fischer, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+imaging+with+polarized+soft+x-rays.">Magnetic imaging with polarized soft x-rays.</a> Journal of Physics D: Applied Physics. 50 (31), 313002 (2017).</li><li>Vanatka, 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=Magnetic+vortex+nucleation+modes+in+static+magnetic+fields.">Magnetic vortex nucleation modes in static magnetic fields.</a> AIP Advances. 7 (10), 105103 (2017).</li><li>Constancias, C., Landis, S., Manakli, S., Martin, L., Pain, L., Rio, D., Landis, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron+beam+lithography.">Electron beam lithography.</a> Lithography. , (2013).</li><li>Williams, D. B., Carter, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Transmission Electron Microscopy. A Textbook for Materials Science. , (2009).</li><li>Seshan, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Handbook of Thin-film Deposition Processes and Techniques. , (2002).</li></ol>

Yazarlar ifşa gerek yok.

Madde ve MTXM manyetik microscopies için örnekleri imalatı göstermiştir. Bu örnekler elektron durumunda madde ve yumuşak x-ışınları, MTXM, söz konusu olduğunda örnekleri nüfuz edebilir böylece ince Günah membranlar sahte olduğu gerek. Bu örnekler 1) bir pozitif resist litografi veya 2) bir negatif resist litografi sahte olduğu.
Bu daha az numune hazırlama ve daha az üretim adımları gerektirir ve daha kolay işleme sağlar çünkü biz olumlu resist litografi tekniği kullanılır. Ayrıca biz (bir disk bir tarafında sivrilen) kesin disk şekli kontrolü için kullanılan gölgeleme efekti kullanmak araştırmacı sağlar. Bu şekil manyetik girdaplar dolaşım sırasında çekirdekleşme10,11denetlemek için kullanılır.
İnce film malzeme resist kenarında bazen yatırılır ve sonra bir kalkış tarafından kaldırılamaz çünkü bu tekniğin karmaşık kalkış prosedür dezavantajdır. Bir çift resist katmanı kullanarak bu sorunu çözdük. Bu biraz çözünürlüğü sınırlar (yaklaşık 20 nm) kalıntıları manyetik görüntüleme amaçları için yeterli ama lithographical işleminin.
Negatif resist litografi tekniği yapıları ile 7 aşağı bir kararlılık olarak daha yüksek bir çözünürlük sunuyor nm resist yazılı olabilir. Malzeme sonra uzağa kazınmış yaparak iyon veya ıslak gravür oyma ışınlayın. Bu yaklaşım ile sorun resist gravür sonra kaldırmak zor olmasıdır. Onlar çok kolay okside sık kullanılan oksijen plazma resist sıyırma ince permalloy yapıları söz konusu olduğunda, mümkün değildir. Bu gerçeği, gölgeleme tekniği kullanmaya gerek birlikte bu eser kullanılan olumlu litografi sürecin yanadır.
Biz bu gazetede bir sirkülasyon bir MTXM10,11 tarafından geçiş sırasında manyetik girdaplar dinamikleri gözlem ve çeşitli çekirdekleşme Birleşik17 gözlenmesi için açıklanan yöntemleri tarafından hazırlanan örnekleri kullanılır . Bu deneyler membranlar üzerinde lithographically hazır yapıları gerektiren daha fazla türleri için genişletilebilir.

Nanoyapıların manyetizma yoğun son yirmi yılda minyatür doğru teknolojik eğilimler takip incelenmiştir. Yapıların yanal boyutları daha küçük olmak ve daha küçük, manyetik malzeme özelliklerinin yanı sıra yapısı geometri tarafından yönetilmeye ferromanyetik yapıların manyetik özellikleri başlamak gibi. Microstructures hacim materyalleri farklı manyetik öğeleri davranışını ayrıntı (Örneğin, Hubert ve Schäfer tarafından)1' değerlendirme yapılmış. Olmayan önemsiz mıknatıslanma zemin devletin en bilinen örneklerinden biridir mikron ve Mikronaltı ölçekli ince manyetik diskler ve çokgenler meydana gelen manyetik girdaplar kıvırma mıknatıslanma yapıları. Burada mıknatıslanma uçak-uçak girdap core2,3etrafında kıvrık. Manyetik girdaplar mıknatıslanma iptali kapsamlı statik4,5,6 ve dinamik7,8,9,10 çalışılmıştır rejimler. Manyetik girdaplar olası uygulamaları vardır, Örneğin, birden çok bit bellek hücreleri11, mantık devreleri12, radyo frekans aygıtları13ya da spin-Dalga Yayıcılar14.
Manyetik bir girdap ve özellikle girdap çekirdek görüntü, mikroskobu tekniği uzaysal çözünürlük gibi mümkün olduğunca temel için manyetik uzunluğu ölçekler yakın olmalıdır (altında 10 nm). Lorentz transmisyon elektron mikroskobu15 (madde) ve manyetik iletim x-ray mikroskobu16 (MTXM) olan manyetik girdaplar görüntüleme için ideal aday olarak yüksek uzaysal çözünürlük sundukları ve MTXM sunduğu diğer bir yüksek zamansal Çözünürlük mıknatıslanma dynamics çalışmalar için. Bu teknikler sunulan kağıt konusu karmaşık numune hazırlama dezavantajdır.
Burada sunulan işlemleri manyetik girdaplar görüntüleme için TEM17 ve MTXM10,11tarafından kullanılan örnekleri imalatı açıklar. Her iki teknik iletim karakter ve nedeniyle, ince membranlar üzerinde yapıları imal etmek gereklidir vardır. Membranlar genellikle silikon nitrür ve onların kalınlığı aralığındadır nanometre onlarca birkaç nanometre yüzlerce yapılır. Her biri bu iki yöntem farklı destek çerçeve geometrisi gerektirir. MTXM söz konusu olduğunda, 5 x 5 mm2 karedir ve penceresi büyük, 2 x 2 mm2. TEM söz konusu olduğunda, çerçeve geometrisi 3 mm çapında deneme, genellikle 250 x 250 µm2bağımlı pencere boyutu ile bir halkadır. Membranlar daha zor örnek işleme ek sorunları windows litografi işlemleri sırasında kırılma riski ile getir.
Örnekleri imalatı pozitif ve negatif litografi teknikleri18karşı yapılabilir. Pozitif resist litografi süreci olumlu resist kullanır; resist değişiklikleri ışınlama ve maruz kalan bölümü üzerine kimyasal yapısı kimyasal geliştirici çözünür hale gelir. Yıkamaya alan belgili tanımlık substrate kalırken açık alan silsin. Bir negatif resist litografi işlem söz konusu olduğunda ışınlama resist sertleşir ve yıkamaya alan uzak kimyasal geliştirici yıkama olacak açık alan üzerinde substrat kütüphanemizin olacak. Her iki teknikleri örnekleri imalatı için kullanılabilir ancak litografi tekniği için negatif karşılaştırıldığında daha az üretim adımları direnmek gerektirdiğinden olumlu resist litografi tercih ederim. Ayrıca işlemek daha kolay, daha hızlı ve genellikle daha iyi sonuçlar sağlar.

<table><tbody><tr><td>SiN Membrane - TEM</td><td>Silson</td><td>SiRN-TEM-200-0.25-500</td><td>TEM membrane</td></tr><tr><td>SiN Membrane - MTXM</td><td>Silson</td><td>SiRN-5.0-200-3.0-200</td><td>MTXM membrane</td></tr><tr><td>3D adapter for spin coating</td><td></td><td></td><td>The model of the adapter for 3D printing can be downloaded at: https://www.thingiverse.com/thing:2808368</td></tr><tr><td>PMMA 950k electron beam resist</td><td>Allresist</td><td>AR-P 679.04</td><td>used for TEM sample</td></tr><tr><td>Electron beam resist developer</td><td>Allresist</td><td>AR 600-56</td><td>used for TEM sample</td></tr><tr><td>High-contrast electron beam resist</td><td>Allresist</td><td>AR-P 6200.13</td><td>used for the waveguide on the MTXM sample</td></tr><tr><td>High-contrast electron beam resist developer</td><td>Allresist</td><td>AR-600-546</td><td>used for the waveguide on the MTXM sample</td></tr><tr><td>Tetrakis(dimethylamido)titanium(IV)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>669008 Aldrich&amp;nbsp;</td><td>used for TiO2 thin film deposition by ALD&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Electron beam resist for nanometer lithography</td><td>Allresist</td><td>AR-P 617.02</td><td>used as the bottom layer of bilayer resist for easier lift-off procedure</td></tr><tr><td>PMMA 950k electron beam resist</td><td>Allresist</td><td>AR-P 679.04</td><td>used as the top layer of bilayer resist for easier lift-off procedure</td></tr><tr><td>Electron beam resist developer</td><td>Allresist</td><td>AR 600-56</td><td>used for development of the disks on waveguide</td></tr><tr><td>Permalloy pellets</td><td>Kurt J Lesker</td><td>EVMPERMQXQ-D</td><td>used for the deposition of the magnetic layers</td></tr><tr><td>Titanium pellets</td><td>Kurt J Lesker</td><td>EVMTI45QXQD</td><td>used as adhesive layer for the gold waveguide</td></tr><tr><td>Gold pellets</td><td>Kurt J Lesker</td><td>EVMAUXX40G</td><td>used for the deposition of the waveguide</td></tr></tbody></table>

fabrication of magnetic nanostructures on silicon nitride membranes for magnetic vortex studies using transmission microscopy techniques

Elektron ve x-ışını manyetik microscopies nanometre onlarca aşağı yüksek çözünürlüklü manyetik görüntüleme için izin verir. Ancak, örnekler çok kırılgan ve zor işlemek şeffaf membran üzerinde hazırlıklı olması gerekiyor. Biz işlemleri örnekleri imalatı için manyetik mikro - ve taşınımı manyetik girdaplar Lorentz transmisyon elektron mikroskobu ve manyetik iletim x-ray mikroskobu çalışmaları için uygun şekillendirme spin konfigürasyonları ile mevcut. Örnekleri silikon nitrür membranlar hazırlanır ve fabrikasyon bir spin kaplama, UV ve elektron ışını litografi, resist, kimyasal gelişimi oluşur ve manyetik malzeme buharlaşma izledi bir kalkış işlemi oluşturarak Son manyetik yapıları. Manyetik nanodiscs bir tek litografi adımda hazırlanan örnekleri Lorentz transmisyon elektron mikroskopi için oluşur. Örnekleri için manyetik x-ray transmisyon mikroskopisi zaman çözüldü mıknatıslanma dinamik deneyler için kullanılır ve manyetik nanodiscs bir elektrik geçirerek yinelenebilir manyetik alan bakliyat üretimi için kullanılan bir dalga kılavuzu yerleştirilir dalga kılavuzu aracılığıyla geçerli. Dalga kılavuzu bir ilave litografi adımda oluşturulur.

Şekil 1 günah çerçeveler ve MTXM ve madde microscopies için kullanılan membranların fotoğrafları gösterir. Şekil 2 TEM membran eksen dışı spin kaplama işlemi sırasında tutmak için Tasarım 3D baskılı bağdaştırıcıları gösterir. Şekil 3 madde numune hazırlama (resist geliştirme sonra ve sonra kalkış yordam) ve madde tarafından gözlenen son görüntü çeşitli adımları gösterir. Şekil 4 diskleri ve dalga kılavuzu imalatı için hazırlık adımları şemaları zaman çözüldü MTXM deneyler için günah membran üzerinde gösterir. Şekil 5 bir dalga kılavuzu üzerinde yerleştirilen diskler içeren son MTXM örnek göstermektedir.

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Magnetic Nanostructures on Silicon Nitride Membranes for Magnetic Vortex Studies Using Transmission Microscopy Techniques at JoVE.com

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

Manyetik mikro - ve taşınımı manyetik girdaplar transmisyon elektron mikroskobu (TEM) ve manyetik iletim x-ray mikroskobu (MTXM) çalışmaları için uygun şekillendirme spin yapılandırmalarla imalatı için bir protokol sunulmuştur.

Silikon nitrür membranlar üzerinde manyetik nanoyapıları imalatı transmisyon mikroskopisi teknikleri kullanarak manyetik girdap etütler

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

fabrication-magnetic-nanostructures-on-silicon-nitride-membranes-for

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Engineering

8.0K Görüntüleme.  Brno University of Technology. Manyetik mikro - ve taşınımı manyetik girdaplar transmisyon elektron mikroskobu (TEM) ve manyetik iletim x-ray mikroskobu (MTXM) çalışmaları için uygun şekillendirme spin yapılandırmalarla imalatı için bir protokol sunulmuştur.

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

Fabricating Nanogaps by Nanoskiving

There are several methods of fabricating nanogaps with controlled spacings, but the precise control over the sub-nanometer spacing between two electrodes-and generating them in practical quantities-is still challenging. The preparation of nanogap electrodes using nanoskiving, which is a form of edge lithography, is a fast, simple and powerful technique. This method is an entirely mechanical process which does not include any photo- or electron-beam lithographic steps and does not require any special equipment or infrastructure such as clean rooms. Nanoskiving is used to fabricate electrically addressable nanogaps with control over all three dimensions; the smallest dimension of these structures is defined by the thickness of the sacrificial layer (Al or Ag) or self-assembled monolayers. These wires can be manually positioned by transporting them on drops of water and are directly electrically-addressable; no further lithography is required to connect them to an electrometer.

The fabrication of electrically addressable, high-aspect-ratio (> 1000:1) metal nanowires separated by gaps of single nanometers using either sacrificial layers of aluminum and silver or self-assembled monolayers as templates is described. These nanogap structures are fabricated without a clean room or any photo- or electron-beam lithographic processes by a form of edge lithography known as nanoskiving.

Nanoskiving tarafından Nanogaps imalatı

There are several methods of fabricating nanogaps with controlled spacings, but the precise control over the sub-nanometer spacing between two ...

Kimya

Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned and bonded silicon wafers. Unlike confinements in porous materials often used for these types of experiments3, bonded wafers provide predesigned uniform spaces for confinement. The geometry of each cell is well known, which removes a large source of ambiguity in the interpretation of data.
Exceptionally flat, 5 cm diameter, 375 &#181;m thick Si wafers with about 1 &#181;m variation over the entire wafer can be obtained commercially (from Semiconductor Processing Company, for example). Thermal oxide is grown on the wafers to define the confinement dimension in the z-direction. A pattern is then etched in the oxide using lithographic techniques so as to create a desired enclosure upon bonding. A hole is drilled in one of the wafers (the top) to allow for the introduction of the liquid to be measured. The wafers are cleaned2 in RCA solutions and then put in a microclean chamber where they are rinsed with deionized water4. The wafers are bonded at RT and then annealed at ~1,100 &#176;C. This forms a strong and permanent bond. This process can be used to make uniform enclosures for measuring thermal and hydrodynamic properties of confined liquids from the nanometer to the micrometer scale.

A method for permanently bonding two silicon wafers so as to realize a uniform enclosure is described. This includes wafer preparation, cleaning, RT bonding, and annealing processes. The resulting bonded wafers (cells) have uniformity of enclosure ~1%1,2. The resulting geometry allows for measurements of confined liquids and gasses.

Silikon Doğrudan Gofret Yapıştırma ile Tek tip Nano ölçekli Boşlukların İmalatı

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned ...

Mühendislik

Fabrication and Operation of a Nano-Optical Conveyor Belt

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological and physical sciences over the past few decades. The progress made in this field invites further study of even smaller systems and at a larger scale, with tools that could be distributed more easily and made more widely available. Unfortunately, the fundamental laws of diffraction limit the minimum size of the focal spot of a laser beam, which makes particles smaller than a half-wavelength in diameter hard to trap and generally prevents an operator from discriminating between particles which are closer together than one half-wavelength. This precludes the optical manipulation of many closely-spaced nanoparticles and&#160;limits the&#160;resolution of optical-mechanical systems. Furthermore, manipulation using focused beams requires beam-forming or steering optics, which can be very bulky and expensive. To address these limitations in the system scalability of conventional optical trapping our lab has devised an alternative technique which utilizes near-field optics to move particles across a chip. Instead of focusing laser beams in the far-field, the optical near field of plasmonic resonators produces the necessary local optical intensity enhancement to overcome the restrictions of diffraction and manipulate particles at higher resolution. Closely-spaced resonators produce strong optical traps which can be addressed to mediate the hand-off of particles from one to the next in a conveyor-belt-like fashion. Here, we describe how to design and produce a conveyor belt using a gold surface patterned with plasmonic C-shaped resonators and how to operate it with polarized laser light to achieve super-resolution nanoparticle manipulation and transport. The nano-optical conveyor belt chip can be produced using lithography techniques and easily packaged and distributed.

The scalability and resolution of conventional optical manipulation techniques are limited by diffraction. We circumvent the diffraction limit and describe a method of optically transporting nanoparticles across a chip using a gold surface patterned with a path of closely spaced C-shaped plasmonic resonators.

Bir Nano-Optik Konveyör Bant imalatı ve İşletilmesi

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological ...

Atomically Traceable Nanostructure Fabrication

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process being used in order to maintain exquisite control over both feature size and feature density. Here, we demonstrate a method for tracking atomically resolved and controlled structures from initial template definition through final nanostructure metrology, opening up a pathway for top-down atomic control over nanofabrication. Hydrogen depassivation lithography is the first step of the nanoscale fabrication process followed by selective atomic layer deposition of up to 2.8 nm of titania to make a nanoscale etch mask. Contrast with the background is shown, indicating different mechanisms for growth on the desired patterns and on the H passivated background. The patterns are then transferred into the bulk using reactive ion etching to form 20 nm tall nanostructures with linewidths down to ~6 nm. To illustrate the limitations of this process, arrays of holes and lines are fabricated. The various nanofabrication process steps are performed at disparate locations, so process integration is discussed. Related issues are discussed including using fiducial marks for finding nanostructures on a macroscopic sample and protecting the chemically reactive patterned Si(100)-H surface against degradation due to atmospheric exposure.

We report a protocol for combining the atomic metrology of the Scanning Tunneling Microscope for surface patterning with selective Atomic Layer Deposition and Reactive Ion Etching. Using a robust process involving numerous atmospheric exposures and transport, 3D nanostructures with atomic metrology are fabricated.

Atomik İzlenebilir Nanoyapı İmalatı

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process ...

Advanced Experimental Methods for Low-temperature Magnetotransport Measurement of Novel Materials

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film synthesis) for the purpose of exploratory materials research. Certain materials pose a challenge wherein the traditional bulk Hall bar device fabrication method is insufficient to produce a measureable device for sample transport measurement, principally because the single crystal size is too small to attach wire leads to the sample in a Hall bar configuration. This can be, for example, because the first batch of a new material synthesized yields very small single crystals or because flakes of samples of one to very few monolayers are desired. In order to enable rapid characterization of materials that may be carried out in parallel with improvements to their growth methodology, a method of device fabrication for very small samples has been devised to permit the characterization of novel materials as soon as a preliminary batch has been produced. A slight variation of this methodology is applicable to producing devices using exfoliated samples of two-dimensional materials such as graphene, hexagonal boron nitride (hBN), and transition metal dichalcogenides (TMDs), as well as multilayer heterostructures of such materials. Here we present detailed protocols for the experimental device fabrication of fragments and flakes of novel materials with micron-sized dimensions onto substrate and subsequent measurement in a commercial superconducting magnet, dry helium close-cycle cryostat magnetotransport system at temperatures down to 0.300 K and magnetic fields up to 12 T.

We describe the methodology of mechanical exfoliation and deposition of flakes of novel materials with micron-sized dimensions onto substrate, fabrication of experimental device structures for transport experimentation, and the magnetotransport measurement in a dry helium close-cycle cryostat at temperatures down to 0.300 K and magnetic fields up to 12 T.

Yeni Malzemelerin Düşük sıcaklık Magnetotransport Ölçüm İleri Deneysel Yöntemler

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film ...

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.

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.

Yerel İletişim tarafından Vortex Manipülasyon KALAMAR Çalışması taranması

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

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

Electrically assisted deformation (EAD) is increasingly being used to improve the formability of metals during processes such as sheet metal rolling and forging. Adoption of this technique is proceeding despite disagreement concerning the underlying mechanism responsible for EAD. The experimental procedure described herein enables a more explicit study compared to previous EAD research by removing thermal effects, which are responsible for disagreement in interpreting previous EAD results. Furthermore, as the procedure described here enables EAD observation in situ and in real time in a transmission electron microscope (TEM), it is superior to existing post-mortem methods that observe EAD effects post-test. Test samples consist of a single crystal copper (SCC) foil having a free-standing tensile test section of nanoscale thickness, fabricated using a combination of laser and ion beam milling. The SCC is mounted to an etched silicon base that provides mechanical support and electrical isolation while serving as a heat sink. Using this geometry, even at high current density (~3,500 A/mm2), the test section experiences a negligible temperature increase (&#60;0.02 &#176;C), thus eliminating Joule heating effects. Monitoring material deformation and identifying the corresponding changes to microstructures, e.g. dislocations, are accomplished by acquiring and analyzing a series of TEM images. Our sample preparation and in situ experiment procedures are robust and versatile as they can be readily utilized to test materials with different microstructures, e.g., single and polycrystalline copper.

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

Isolating electrical and thermal effects on electrically assisted deformation (EAD) is very difficult using macroscopic samples. Metallic sample micro- and nanostructures together with a custom test procedure have been developed to evaluate the impact of applied current on the formation without joule heating and evolution of dislocations on these samples.

Için yeni bir yöntem<em&gt; Yerinde</emNanoscale Örneklerinin Elektromekanik Karakterizasyonu

Electrically assisted deformation (EAD) is increasingly being used to improve the formability of metals during processes such as sheet metal rolling and ...

Iron Nanowire Fabrication by Nano-Porous Anodized Aluminum and its Characterization

Magnetic nanowires possess unique properties that have attracted the interest of different fields of research, including basic physics, biomedicine, and data storage. We demonstrate a fabrication method for iron (Fe) nanowires&#160;via electrochemical deposition into anodic&#160;alumina oxide (AAO) templates. The templates are fabricated by anodization of aluminum (Al) discs, and the pore length and diameter are controlled by changing the anodizing conditions. Pores with an average diameter of around 120 nm are created using oxalic acid as the electrolyte. Using this method, cylindrical nanowires are synthesized, which are released by dissolving the alumina using a selective chemical etchant.

In this work, we describe a&#160;protocol to fabricate iron nanowires, including the formation of the porous alumina membrane that is used as the template, electrodeposition into templates using electrolyte solution, and the release of the nanowires into the solution.

Nano-Gözenekli Anodize Alüminyum ve Karakterizasyonu ile Demir Nanowire İmalatı

Magnetic nanowires possess unique properties that have attracted the interest of different fields of research, including basic physics, biomedicine, and ...

Magnetic Field Mapping using Off-Axis Electron Holography in the Transmission Electron Microscope

Off-axis electron holography is a powerful technique that involves the formation of an interference pattern in a transmission electron microscope (TEM) by overlapping two parts of an electron wave, one of which has passed through a region of interest on a specimen and the other is a reference wave. The resulting off-axis electron hologram can be analyzed digitally to recover the phase difference between the two parts of the electron wave, which can then be interpreted to provide quantitative information about local variations in electrostatic potential and magnetic induction within and around the specimen. Off-axis electron holograms can be recorded while a specimen is subjected to external stimuli such as elevated or reduced temperature, voltage, or light. The protocol that is presented here describes the practical steps that are required to record, analyze, and interpret off-axis electron holograms, with a primary focus on the measurement of magnetic fields within and around nanoscale materials and devices. Presented here are the steps involved in the recording, analysis, and processing of off-axis electron holograms, as well as the reconstruction and interpretation of phase images and visualization of the results. Also discussed are the need for optimization of the specimen geometry, the electron optical configuration of the microscope, and the electron hologram acquisition parameters, as well as the need for the use of information from multiple holograms to extract the desired magnetic contributions from the recorded signal. The steps are illustrated through a study of specimens of B20-type FeGe, which contain magnetic skyrmions and were prepared with focused ion beams (FIBs). Prospects for the future development of the technique are discussed.

Guidelines are presented for recording and interpreting off-axis electron holograms to provide quantitative images of magnetic fields in nanoscale materials and devices in the transmission electron microscope.

Off-axis electron holography is a powerful technique that involves the formation of an interference pattern in a transmission electron microscope (TEM) by ...

Optimizing Magnetic Force Microscopy Resolution and Sensitivity to Visualize Nanoscale Magnetic Domains

Magnetic force microscopy (MFM) enables mapping local magnetic fields across a sample surface with nanoscale resolution. To perform MFM, an atomic force microscopy (AFM) probe whose tip has been magnetized vertically (i.e., perpendicular to the probe cantilever) is oscillated at a fixed height above the sample surface. The resultant shifts in the oscillation phase or frequency, which are proportional to the magnitude and sign of the vertical magnetic force gradient at each pixel location, are then tracked and mapped. Although the spatial resolution and sensitivity of the technique increases with decreasing lift height above the surface, this seemingly straightforward path to improved MFM images is complicated by considerations such as minimizing topographical artifacts due to shorter range van der Waals forces, increasing the oscillation amplitude to further improve sensitivity, and the presence of surface contaminants (in particular water due to humidity under ambient conditions). In addition, due to the orientation of the probe's magnetic dipole moment, MFM is intrinsically more sensitive to samples with an out-of-plane magnetization vector. Here, high-resolution topographical and magnetic phase images of single and bicomponent nanomagnet artificial spin-ice (ASI) arrays obtained in an inert (argon) atmosphere glovebox with &lt;0.1 ppm O2 and H2O are reported. Optimization of lift height and drive amplitude for high resolution and sensitivity while simultaneously avoiding the introduction of topographical artifacts is discussed, and detection of the stray magnetic fields emanating from either end of the nanoscale bar magnets (~250 nm long and &lt;100 nm wide) aligned in the plane of the ASI sample surface is shown. Likewise, using the example of a Ni-Mn-Ga magnetic shape memory alloy (MSMA), MFM is demonstrated in an inert atmosphere with magnetic phase sensitivity capable of resolving a series of adjacent magnetic domains each ~200 nm wide.

Magnetic force microscopy (MFM) employs a vertically magnetized atomic force microscopy probe to measure sample topography and local magnetic field strength with nanoscale resolution. Optimizing MFM spatial resolution and sensitivity requires balancing decreasing lift height against increasing drive (oscillation) amplitude, and benefits from operating in an inert atmosphere glovebox.

Nano Ölçekli Manyetik Etki Alanlarını Görselleştirmek için Manyetik Kuvvet Mikroskobu Çözünürlüğünü ve Duyarlılığını Optimize Etme

Magnetic force microscopy (MFM) enables mapping local magnetic fields across a sample surface with nanoscale resolution. To perform MFM, an atomic force ...