nanoSQUIDs für die Rastersondenmikroskopie

Abstract

Dissertation ist gesperrt bis 5.März 2027 !

Die Rastersondenmikroskopie und insbesondere die Raster-SQUID-Mikroskopie (engl. scanning SQUID microscopy, SSM) ermöglicht eine hochsensitive magnetische Bildgebung und spielt eine Schlüsselrolle in der Materialforschung. Sie erlaubt die Untersuchung von Phänomenen wie Supraleitung, Magnetismus und neuartigen zweidimensionalen Materialien. Die SSM basiert auf supraleitenden Quanteninterferenzdetekoren (engl. superconducting quantum interference devices, SQUIDs), die aus einem supraleitenden Ring bestehen, der von einem oder zwei Josephson-Kontakten unterbrochen ist. In diesem Vortrag wird die Weiterentwicklung der SSM vorgestellt, wie sie im Rahmen des EU-Projekts FIBsuperProbes durchgeführt wurde. Ein zentrales Ziel war die Entwicklung eines neuen „SQUID-on-Lever“-Sensors, der die Vorteile bestehender Sensortechnologien kombiniert und darüber hinaus eine verbesserte Ortsauflösung sowie die Möglichkeit zur Produktion in Serie bietet. Dazu wurden innovative Fertigungsmethoden unter dem Einsatz von fokussierten Ionenstrahlen (engl. focused ion beam, FIB) genutzt, um supraleitende nanoSQUIDs auf maßgefertigte Silizium-Cantilever-Strukturen zu integrieren. Zu diesem Zweck wurden zunächst unterschiedliche Materialien und Geometrien getestet, um die Reproduzierbarkeit und die Qualität der zugrundeliegenden Josephson-Kontakte zu optimieren. Anschließend wurden diese Erkenntnisse genutzt, um die Herstellung von nanoSQUIDs weiterzuentwickeln, mithilfe der Nanostrukturierung durch He- und Ne-FIB. Diese nanometergroßen SQUIDs ermöglichen eine bessere räumliche Auflösung bei magnetischen Messungen (unter 100 nm) und wurden zunächst auf Teststrukturen erprobt, bevor sie in vollfunktionale SQUID-on-Lever integriert wurden. Dies führte schließlich zur Entwicklung von hochauflösenden, skalierbaren SQUID-on-Lever-Sensoren für die hochempfindliche magnetische Bildgebung. Die in diesem Vortrag vorgestellten SQUID-on-Lever basieren auf den vermutlich kleinsten jemals reproduzierbar hergestellten nanoSQUIDs (Durchmesser: 10 nm). Diese ermöglichen eine kryogene magnetische Bildgebung mit hoher magnetischer Sensitivität, räumlicher Auflösung und Robustheit, geringer Invasivität, und sie bieten Einsatzmöglichkeiten über einen weiten Magnetfeldbereich. Die Eigenschaften und der Herstellungsprozess dieser SQUID-on-Lever ermöglichen auch die wirtschaftliche Verwertung und damit einen breiten Einsatz in der SSM.