Imagerie magnétique par micro-SQUID à basse température
Résumé
We have conceived and built a microscope associating magnetic imaging at micrometer scale with near field topographic imaging for applications in superconductivity and magnetism. The integration of the micro-SQUID microscope in a dilution refrigerator offers an unexplored field in magnetic imaging. The magnetic field is detected by a micro-SQUID consisting of a 1 micrometer diameter loop interrupted by two Josephson junctions, the micro-SQUID is patterned by electron beam lithography. Topographic imaging is achieved using force microscopy. A quartz tuning fork used as mechanical resonator detects the surface forces. The tip of the silicon chip carrying the micro-SQUID is maintained at a distance of a few nanometers of the sample's surface, giving rise to the topographic image. During imaging the microscope has a magnetic flux sensitivity of 10-3F0/ Hz 1/2 and magnetic spatial resolution better than 2 micrometers. The microscope has allowed us to observe vortex dynamics in a aluminum antidot lattice. We have showed the influence of the antidot size on the pinning of the vortices, the thermal depinning of the vortices at temperatures close to Tc, surface superconductivity and the time relaxation of the quenched vortex distribution.
Nous avons conçu et réalisé un microscope associant l'imagerie du champ magnétique à l'échelle micrométrique avec l'imagerie topographique en champ proche, destiné à l'étude de la supraconductivité et du magnétisme à basse température. L'intégration du microscope à micro-SQUID dans un réfrigérateur à dilution offre un domaine d'étude encore inexploré en imagerie magnétique. Le champ magnétique est mesuré par un micro-SQUID qui est une boucle de 1 µm de diamètre fabriquée par lithographie électronique et comportant deux jonctions Josephson. L'imagerie topographique est implémentée à travers la microscopie de force. Un résonateur mécanique à quartz en forme de diapason constitue le capteur de force. Il maintient la pointe de Si contenant le micro-SQUID à quelques dizaines de nanomètres de la surface de l'échantillon et permet de connaître la topographie. En mode d'imagerie, le microscope atteint une sensibilité magnétique de 10-3 F0/Hz1/2 et une résolution spatiale magnétique inférieure à 2 µm. A l'aide du microscope, nous avons observé la dynamique des vortex dans un film d'aluminium contenant un réseau de trous. Nous avons pu mettre en évidence le rôle de la taille des trous, le dépiégeage des vortex quand la température approche Tc , la supraconductivité de surface et la relaxation de la distribution des vortex au cours du temps.