TR201807334T4 - Direkt manyetik alan görüntülemeye yönelik manyetik alan sensörü cihazı ve bunun üretim yöntemi. - Google Patents

Abstract

Mevcut buluş, ince bir süper iletken-olmayan katman (Josephson bağlantı temelli bir sensör gibi) ile ayrılan iki süper iletkene sahip bir sensör olarak konfigüre edilen konik bir uç kısmına sahip bir prob içeren direkt manyetik görüntülemeyi gerçekleştiren yeni bir manyetik sensör cihazı açıklar, burada süper iletken-olmayan katman söz konusu konik ucun tepe bölgesinde bulunur, böylelikle söz konusu tepe bölgelerinde elektron tünel bölgesi(bölgeleri) tanımlar. Mevcut buluşun tekniği, sensör cihazının oldukça küçük olmasına ve numune yüzeyinin oldukça yakınına getirilmesine olanak sağlar.

Description

TARIFNAME DIREKT MANYETIK ALAN GÖRÜNTÜLEMEYE YÖNELIK MANYETIK ALAN SENSÖRÜ CIHAZI VE BUNUN ÜRETIM YÖNTEMI BULUSUN SAHASI Bu bulus, direkt manyetik alan görüntülemeye yönelik bölgesel manyetik alan sensör cihazlari ve bunun üretim yöntemi ile ilgilidir.

REFERANSLAR Asagidaki referanslarin, mevcut bulusun altyapisinin anlasilmasi amaciyla ilgili oldugu düsünülür: 1. K. Harada, T. Matsuda, J. Bonevich, M. lgarashi, S. Kondo, G Pozzi, U.

Kawabe, and A. Tonomura, Nature 360, 51 (1992). 2. H. J. Hug, A. Moser, I. Parashikov, B. Stiefel, O. Fritz, H. -J. Güntherodt, and 3. J. R. Kirtley, C. C. Tsuei, J. 2. Sun, C. C. Chi, Lock See Yu-Jahnes, A. 4. B. L. T. Plourde and D. J. V Harlingen, Review of Scientific Instruments 70, 4344 (1999).

. Likharev, K. K. Superconducting weak links. Rev. Mod. Phys. 51, 101, (1979). 6. A. Yacoby, H. F. Hess, T. A. Fulton, , L. N. Pfeiffer and K. W. West, Solid State Communications 111, 1 (1999). 7. Wolf, S. A., Qadri, 8. B., Claassen, J. H., Francavilla, T. L., and Dalrymple, B.

J. Epitaxial growth of superconducting niobium thin films by ultrahigh vacuum evaporation. Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films 4, 524 (1986). 8. T. Giamarchi and S. Bhattacharya, High Magnetic Fields: Applications in Condensed Matter Physics, Spectroscopy (Springer, 2002), p. 314. 9. Y. Paltiel, E. Zeldov, Y. N. Myasoedov, H. Shtrikman, S. Bhattacharya, M. J.

Higgins, 2. L. Xiao, E. Y Andrei, P. L. Gammel, and D. J. Bishop, Nature 403, 398(2000) . N. Avraham, A. Stem, Y Suzuki, K.M. Mertes, M. P. Sarachik, E. Zeldov, Y Myasoedov, H. Shtrikman, E. M. Rumberger, D. N. Hendrickson, N. E. Chakov, 11.Y Suzuki, M. P. Sarachik, E. M. Chudnovsky, S. McHugh, R. Gonzalez- Rubio, N. Avraham, Y Myasoedov, E. Zeldov, H. Shtrikman, N. E. Chakov, and 13. D. Koelle, R. Kleiner, F. Ludwig, E. Daritsker and J. Clarke, Rev. Mod.

BULUSUN ALT YAPISI Hizli bir sekilde gelisen nano ölçekli bilim ve teknoloji sahasinda, nanomanyetizma önemli bir bilimsel ilgi alanidir. Hard diskler, manyetik RAM, Dev Manyetik Direnç (GMR) cihazlari ve endüstriyel kullanimlara yönelik manyetik akiskanlar yoluyla döndürme valfleri dahil olmak üzere elektroniklerden dokular ve organlarin gelistirilmis görüntülemesi, virüs-tespit eden MRG ve kanser terapisi dahil olmak üzere biyoteknoloji uygulamalarina uzanan uygulamalar ile nano manyetikler kayda deger bir teknolojik öneme sahip olma sözünü verir.

NMR'nin yani sira, yaygin bölgesel manyetik görüntüleme yöntemleri, tarama Hall problari, tarama Süper Iletken Kuantum Parazit Cihazlari (SQUID'Ier), Manyetik Kuvvet Mikroskopisi (MFM), Lorentz mikroskopisi, Bitter dekorasyonu ve manyeto-optik görüntülemeyi içerir. Lorentz mikroskopi 1] ve MFM [2], yüksek uzamsal çözünürlüge (10 ila 100 nm) sahiptir, ancak bunlarin alan duyarliligi nispeten düsüktür (10 Gauss düzeyinde). Tarama SQUID mikroskopisi [3], en yüksek alan duyarliligina (1 uG) sahiptir, ancak (birkaç mikron degerinde) nispeten daha kötü bir uzamsal çözünürlüge sahiptir.

Yüksek uzamsal çözünürlüge sahip bir tarama SQUID mikroskobu, tipik olarak SQUID sensörü ve üzerinde çalisilan numune arasinda manyetik olarak baglanan bir SQUID ve fiber bir prob gibi manyetik bir sensör kullanir. Fiber prob, keskin tanimlanmis bir uca sahiptir ve SQUID iki-boyutlu düzlemsel bir geometriye sahiptir, burada SQUID çemberi düz bir sübstratin üzerinde üretilir ve akabinde mikroskobun ucuna monte Alternatif bir teknikte [4], bir Josephson baglantisi klasik bir STM (Tarama Tünel Mikroskobu) türünün üzerine monte edilir. STM, numune ve manyetik alani ölçen baglanti arasinda sabit bir mesafe korumak üzere kullanilir.

Bu baglantida, Josephson baglantisinin bunlarin arasinda bulunan ince bir yalitkan bariyer ile iki süper iletkenin bir düzenlemesi oldugu dikkate alinmalidir, burada süper iletken bir akim sifir olan bir voltaj ön gerilimi bunlarin üzerine uygulandiginda bile bariyeri geçerek süper iletkenlerin arasinda akar. Bu bariyer, normal bir metal yakinlik katmani, yalitkan bir oksit bariyeri veya iki süper iletkenin arasinda bir tür geometrik kisitlama olan birkaç zayif baga [5] genellenebilir.

Tek bir Josephson baglantisinda, iki süper iletken elektrodun (Aç) dalga fonksiyonlari (Ginzburg-Landau) arasindaki faz farkliliginin zaman evrimi, asagidaki esitlik ile verilir: dAço _ Z-eV burada Vbaglanti boyunca voltaj düsüsüdür.

Kalibreye göre degismeyen faz farkliligi dahil edilirken, CI30 olur. Ideal bir Josephson baglantisinda süper iletken akim (“süper akim"), 15 = Ic Sin?” seklindedir, ve Ic kritik akimdir, bunlarin üzerinde süper iletkenlik, yani baglantinin tasiyabildigi ve 9' = 29 durumuna sahip maksimum süper akim kaybolur.

Bir çift Josephson baglanti cihazinda, (iki Josephson baglantilari paralel olarak baglanir), ayni zamanda SQUID olarak bilinir, iki elektrot arasindaki faz farkliligi dikkate alinarak bir konturun içinde iki baglantinin içinden geçen süper akimlar toplanir, bir (1› @Am-3 [ Aga-als' [Ads çember yoluyla akis wma' :www seklindedir. q› kisminin tek-degerli olmasinin gerekmesi nedeniyle, kalibreye göre degismeyen faz farkliliklarinin toplami (1 ila 2 arti 2 ila 1, her ikisi de saat yönündedir) 211 seklindedir. Iki baglantinin içinden geçen süper-akimlarin bir elektrottan digerine geçmesi halinde, bunlarin farkliliklari asagidaki kosulu saglamalidir: 71`72: cl) Bu nedenle, maksimum süper akim akisa baglidir ve asagidaki esitlik ile verilir: Bu sonuç, manyetik akisin SQUID'de oldukça dogru degerlere ( çözünmesi ile sonuçlanarak kritik akimin ölçülmesi ile bir çember yoluyla manyetik akisi hesaplamak üzere kullanilabilir.

GENEL AÇIKLAMA Teknikte, yüksek bir uzamsal çözünürlüge sahip direkt manyetik alan görüntülemesi gerçeklestiren manyetik bir sensör cihazin saglanmasina ihtiyaç vardir. Manyetik sensörlerin etkili uzamsal çözünürlügü, sadece sensörlerin boyutu tarafindan degil ayni zamanda bunlarin numuneye olan yakinligi tarafindan belirlenir. Önceden tartisildigi üzere, var olan SQUID teknolojisi temelli sensör cihazlar boyut kisitlamalarina sahiptir ve bir SQUID sensörünün hizalanmasi ve taranmasi, numune yüzeyinin üzerine yerlestirilen nanometreler, sinirlidir. istem 1'de tanimlandigi üzere bir sensör cihazina ve ayni zamanda istemler 7 ve 8'de belirtildigi üzere bir sensör cihazinin üretim yöntemine yönelik olan mevcut bulus, ince bir süper iletken-olmayan katman (bir Josephson baglanti temelli sensör gibi) tarafindan ayrilan iki süper iletkene sahip bir sensör olarak konfigüre edilen konik bir uç kisma sahip bir probu içeren yeni bir sensör cihazi saglayarak yukaridaki problemi çözer, burada süper iletken-olmayan katman söz konusu koni seklindeki ucun tepe kisminda bulunur, böylelikle söz konusu tepe kisminda elektron tünel bölgesi(bölgeleri) tanimlanir. Mevcut bulusun teknigi, sensör cihazinin oldukça küçük olmasina ve numune yüzeyinin oldukça yakinina getirilmesine olanak saglar.

Bir ayarlama-çatali geri bildirim mekanizmasinin bir numunenin yüzeyine yaklasmak üzere kullanilabilecegi dikkate alinmalidir. Ayarlama çatali geri bildiriminde, veya kesme kuvveti geribildirimi, uç kisim bir ayarlama çatalina monte edilir, bu akabinde rezonans frekansinda uyarilir. Bu salinim genligi, uç-yüzey mesafesine fazlasiyla baglidir ve bir geri bildirim sinyali olarak etkili bir sekilde kullanilabilir. Bu teknik, probun bir ayarlama çatalina yapistirilmasini ve numunenin yüzeyine daha fazla yaklastikça ayarlama çatalinin rezonan genligindeki azalmanin ölçülmesini içerir.

Mevcut bulusun sensör cihazinin boyutu, Iitografik isleme yerine çekilen ucun boyutu ile belirlenir ve uç kisim STM veya diger SPM (Tarama probu mikroskobu) geri bildirim mekanizmalari kullanilarak numune yüzeyinin oldukça yakininda taranabilir. Ek olarak, bu tür bir uç-benzeri sensör cihazi dar süper iletken uçlarda sikisan azalan akis nedeniyle büyük bant genisligi ve daha yüksek alanlarda azalan gürültünün elde edilmesini saglar.

Mevcut bulusta, tek veya çift Josephson baglanti temelli bir sensör, bir alt mikron koni seklindeki ucun kenarinda (tepesinde) üretilir. Düzlemsel bir sübstratin yerine bir prob olarak bir ucun kullanilmasina yönelik avantaji, sensör ve numune arasindaki mesafeyi minimuma indirmek ve numunenin yüzeyine daha dogru bir sekilde yaklasmaktir.

Mevcut bulusun diger bir genis açisina göre, ince süper iletken-olmayan bir katman ile ayrilan iki süper iletkene sahip bir sensör olarak konfigüre edilen konik bir uç kisma sahip bir probu içeren direkt manyetik saha görüntülemesine yönelik bölgesel bir manyetik alan sensör cihazi saglanir, böylece elektronlar yalitkan bariyerin içinden geçebilir, burada sensörün en az bir söz konusu yalitkan bariyeri (yani, bir tünel bölgesi), söz konusu konik ucun tepe kisminda bulunur. edilebilir. Konik uç kismi, birkaç nanometreyi geçmeyen maksimum bir dis çapa sahip olabilir. Konik uç kismi, yaklasik 100 nm - 500 nm arasinda maksimum bir dis çapa sahip olabilir. Tünel bölgesi birkaç nanometre ila onlarca nanometre arasinda bir yanal boyuta sahip olabilir. Tünel bölgesi, yaklasik 10 nm'lik bir yanal bir boyuta sahip olabilir.

Mevcut bulusta, Josephson baglanti temelli sensör olarak konfigüre edilen uç kisimda, elektrikli bir yalitkandan bir merkeze ve söz konusu ucun tepesinde tünel bölgesini tanimlayan zayif bir bag olusturan söz konusu yalitkan merkezin seçilen çevresel bölgesinin üzerinde süper iletken bir film kaplamasina sahiptir. Josephson baglanti temelli sensör olarak konfigüre edilen uç kisim, kuvarz materyalinden bir merkeze sahiptir. Josephson baglanti temelli sensör, söz konusu ucun tepesinde zayif bir bag olusturan söz konusu kuvarz merkezin seçilen bir çevresel bölgesinin üzerinde sürekli bir süper iletken film kaplamasini içerir. Süper iletken film, alüminyum niyobyum, kursun, indiyum ve kalaydan seçilir.

Josephson baglanti temelli sensör, konfigüre edilir ve 1 Gauss/x/Hz'den daha az bir duyarlilik, 100 nm'den daha az bir uzamsal çözünürlük ve en az on kHz'Iik bir büyük bant genisligi saglamak üzere çalisabilir.

Bazi düzenlemelerde, Josephson baglanti temelli sensör konik uç kismin çevresel bir bölgesi boyunca uzanan bir SQUID (Süper iletken Kuantum Parazit Cihazi) çemberini içerir, böylece tünel bölgeleri söz konusu ucun tepesinde bulunur. Bir SQUID'nin bir akim (I) ile ön gerilimli olan süper iletken bir halkadan olustugu dikkate alinmalidir.

Harici bir manyetik alan (H = B/u), çembere uygulanir, burada u materyalin geçirgenligidir. Bir Josephson baglantisi, DC SQUID'nin iki kolunun her birine dahil edilir. Josephson baglantilari, iki baglantinin kritik akimlarinin toplami tarafindan verilen maksimum bir degere halka boyunca akabilen maksimum süper-akimi (IC) kisitlar.

SQUID halkasinin içinde çevrelenen manyetik akis, bir akis kuantumunun ((00 = h/2e) bir periyodu ile periyodik olarak IC kismini modüle eder. Iki SQUID kolunda süper iletken dalga fonksiyonlarinin bir parazitinin neden oldugu bu modülasyon, DC SQUID'nin çalisma prensibinin temelini olusturur. Bu durumda, sensör konfigüre edilir ve yaklasik olarak 50 mGaussNHz'lik bir duyarlilik ve 300 mK'Iik bir sicaklikta yaklasik olarak 1.75-1O“4G>0/\/Hz'lik bir duyarlilik saglamak üzere çalistirilabilir.

Sensör, tek bir elektron transistör (SET) probunu içerebilir, böylelikle manyetik alanin es zamanli nano ölçekli olarak görüntülemesini ve uV'Iik bir duyarliliga sahip elektrikli potansiyeller saglar.

Mevcut bulusun yine diger bir genis açisina göre, Josephson baglanti temelli bir sensör cihazinin üretilmesine yönelik bir yöntem saglanir. Yöntem, elektrikli olarak yalitkan olan materyalden yapilan koni seklinde uç-benzeri bir sübstratin saglanmasini ve en azindan söz konusu yalitkan sübstratin seçilen bir çevresel bölgesinin söz konusu ucun tepesinde bir tünel bölgesini tanimlayan zayif bir bag olusturmak üzere süper iletken bir film ile kaplanmasini içerir.

Bulusun yine diger bir genis açisina göre, Josephson baglanti temelli bir sensör cihazinin üretilmesine yönelik bir yöntem saglanir. Yöntem ayrica elektriksel olarak yalitkan bir materyalden yapilan koni seklinde tip-benzeri bir sübstratin saglanmasini, söz konusu ucun tepesinde birbirinden ayrilan iki film kismini tanimlamak üzere süper iletken bir film ile söz konusu yalitkan sübstratin en az bir seçilen çevresel bölgesinin kaplanmasini ve söz konusu iki film kisminin arasinda bir yalitkan ara parçanin saglanmasini içerir, böylelikle söz konusu ucun tepesinde en az bir tünel bölgesini tanimlar. Yöntem ayni zamanda uç tepesinin içinde seçilen bir bölgenin yalitilmasini ve akabinde konik uçlu çevrenin ve üst yalitkanin geri kalan kisminin süper iletken bir film ile kaplanmasini içerir. Seçilen bölge, söz konusu seçilen bölgenin oksidasyonu ile uç tepesinin içinde yalitilir. Sürekli süper iletken filmin buharlastirilmasi, en azindan iki buharlastirma açisinda gerçeklestirilebilir. Iki film, çekilen bir kuvarz tüpün iki zit tarafin üzerinde buharlastirilabilir.

Iki Josephson baglantisi, dairesel bir SQUID çemberini yaratmak üzere olusturulabilir.

Yöntem söz konusu tüpün enine kesitinde iki kisitlama-temelli zayif bagi tanimlamak üzere bir tüpün çekilmesini içerir.

Bazi düzenlemelerde, tek bir elektron transistör (SET) probu söz konusu uca dahil edilebilir. Yöntem, yalitkan koni ucunun çevresinin seriler halinde birbirine baglanan iki tünel bölgesini tanimlamak üzere modeli çikarilan metalik veya süper iletken bir film ile kaplanmasini; söz konusu ucun yalitkan bir film ile kaplanmasini ve tek bir Josephson baglantisi ve bir SQUID çemberinden seçilen söz konusu yalitkan filmin üzerinde bir Josephson baglanti temelli sensör cihazinin olusturulmasini içerir. Yöntem ayrica söz konusu süper iletken katmanin söz konusu ucu korumak ve tünel akiminin söz konusu ucun uç kismi ve bir numune arasinda tanimlandigi STM yaklasimi için kullanilabilir olmasini saglamak üzere Au veya Pd-Au ile kaplanmasini içerir.

Bir Josephson baglantisinin (JJ) kritik akimi, manyetik alana duyarlidir, böylece bunun kritik akimi, yer degistirmenin bir fonksiyonu olarak dalgalanan bir tek-yarik kirinimi deneyinde bir ekranin üzerinde isigi yogunlastirmak üzere analog olarak bir manyetik alanin bir fonksiyonu olarak dalgalanir.

Bulusun bazi düzenlemelerine göre, konik uç-benzeri sensör cihazi düzlemsel veya düsey alan duyarliligina sahip tek bir Josephson baglantisi (yani, tek tünel bölgesi) olarak konfigüre edilir. Düsey alan duyarliligi, uç-benzeri elektriksel olarak yalitkan koninin süper iletken sürekli bir film ile kaplanmasi yoluyla elde edilebilir, burada Josephson baglantisi, uç kismin kösesinde (tepesinde) bir süper iIetken-yalitkan-süper iletken tünel baglantisi olarak yaratilir. Düzlemsel alan duyarliligi, yalitkan uç-koni çevresinin bir kisminin süper iletken bir katman ile kaplanmasi, akabinde üst yalitkanin örnegin, oksidasyon ile uç tepesinin içinde bunun üzerinde saglanmasi ve akabinde uç- koni çevresinin geri kalan kisminin ve üç yalitkanin süper iletken bir film ile kaplanmasi yoluyla elde edilebilir.

Bulusun bazi diger düzenlemelerine göre, konik uç-benzeri sensör cihazi bir SQUID (paralel olarak baglanan iki Josephson baglantisi) olarak konfigüre edilir. Bu, tek bir Josephson baglantisi durumunda bir çubugun yerine bir tüpün çekilmesi yoluyla uygulanabilir. Tüpün enine kesiti, dogal olarak iki zayif bag olusturur.

Mevcut bulusun diger bir düzenlemesine göre, uçlar tek elektronlu bir transistör (SET) probunu [6] kapsayabilir, bu yüzden mG duyarliligi ile manyetik alanlarin ve pV duyarliligi ile elektriksel potansiyellerin esi görülmemis eszamanli nano ölçekli olarak görüntülenmesine izin verir. SET cihazi, iki veya daha fazla katman prosesi ile ucun içine dahil edilir. SET, birinci bir katman olarak birikebilir. Tek-elektronlu transistöre yönelik baglantilar, elektron-demeti Iitografisi ve standart bir kendi kendine-hizalanmis çift-açili biriktirme prosesi ile yapilabilir. Akabinde, uç yalitkan bir katman ile kaplanir ve SQUID üçüncü bir katman olarak birikir.

Bu yaklasimin avantajlarindan biri, manyetik alanin düzlem-disi bileseni için duyarliliga ve ayni zamanda SQUID ve SET problari ile elde edilen bölgesel manyetik ve elektrokimyasal bilgiler arasinda bir karsilastirmaya izin vermesidir.

Bulusun bazi diger düzenlemelerine göre, uç kismin ucu JouIe-Thomson sogutma islemi [12] ile (örnegin, 70K'lik bir sicakliga) sogutulabilir. Yüksek basinçli gaz, yüksek basinçtan alçak basinca dönüsmesinden dolayi içinden geçerken uç kismin tepesini sogutabilir. Elbette bu, SQUlD'nin ve olasi olarak tüm tüpün sogutulan sicakliktan (örnegin. 70K) daha yüksek kritik bir sicakliga sahip yüksek-sicaklikli bir süper iletkenden [13] yapilmasini gerektirir. Bu sogutma yönteminin kullanilmasi ile, örnegin, biyolojik uygulamalara yönelik yasayan dokularin üzerinde kullanima yönelik bir sivi- helyum/nitrojen Dewar'inin disinda cihazin kullanilmasini saglayarak uç kismin sadece en ucunu bölgesel olarak sogutmak mümkündür.

SEKILLERIN KISA AÇIKLAMASI Bulusu anlamak ve pratikte nasil uygulanacagini görmek üzere, düzenlemeler bu noktada eklenen sekillere referans ile sadece sinirlandirici-olmayan örnekler ile açiklanacaktir, burada: Sekil 1, düsey alan duyarliligina sahip tek bir tünel baglantisi içeren Josephson baglanti temelli bir sensör dahil olmak üzere manyetik alanli bir sensör cihazinin bir enine kesit görüntüsünün bir örnegini sematik olarak gösterir; Sekil 2, Sekil 1'deki tek Josephson tünel baglantili cihaza yönelik bir üretim prosesinin bir örnegini gösterir; Sekil 3, manyetik alanli bir sensör cihazina ait diger bir konfigürasyonun bir enine kesit görüntüsünü sematik olarak gösterir, burada tek Josephson tünel baglantisi düzlemsel alan duyarliligina sahip olmak üzere konfigüre edilir; Sekil 4, Sekil 3'teki tek Josephson tünel baglantili cihaza ait bir üretim prosesinin bir örnegini sematik olarak gösterir; Sekil 5, bir SQUID olarak konfigüre edilen iki zayif bag temelli sensör içeren manyetik alanli sensör cihazina ait diger bir konfigürasyonun bir üst görüntüsünü sematik olarak gösterir; Sekil 6, Sekil 5'teki SQUID'ye ait bir üretim prosesinin bir örnegini sematik olarak gösterir; Sekil 7, bir SQUID olusturan alüminyum ile buharlastirilan kuvarz bir tüp ucunun büyütülmüs bir görüntüsünü gösteren bir SEM mikrografidir; Sekil 8, uç kismin ucuna ait dogal geometrinin iki zayif bag baglantisi olusturdugunu sematik olarak gösterir; Sekil 9, bir uç kismin üzerinde bir SQUID tanimlayan alüminyum kaplamanin gözler önüne serilmis üstten bir görüntüsünü sematik olarak gösterir; Sekil 10, 300 nm boyutunda bir SQUID'ye sahip kuantum parazit modellerinin ölçümlerini sematik olarak gösterir; Sekiller 11A-11B, buharlasma sirasinda bir sübstrat tutucu ve sivi helyumlu sistemlerde düsük-sicaklikli ölçümler sirasinda bir numune tutucu olarak islev gösteren bir uç tutucuyu sematik olarak gösterir; Sekil 12, Sekil 11'deki uç tutucunun farkli görüntülerini gösterir; Sekil 13A, sürekli bir ince alüminyum film ucunun DC l-V ölçümünü sematik olarak gösterir; Sekil 135, farkli manyetik alanlara yönelik sürekli bir ince alüminyum film ucunun diferansiyel direnç ölçümlerini sematik olarak gösterir; Sekil 14, mevcut bulusun cihazi ve ticari olarak temin edilebilen SQUID”ler arasinda bir karsilastirma tablosudur ve Sekil 15, mevcut bulusun ögretilerine göre uç kismin tepesini sogutmak üzere konfigüre edilen bir mekanizmayi gösterir.

DÜZENLE ME LERIN DETAYLI AÇIKLAMASI Sekil 1le refere edilmesi yoluyla, genel olarak 10 ile belirtilen manyetik alanli bir sensör cihazinin bir örnegi gösterilir. Cihaz, düsey alan duyarliligi ile tek bir tünel baglantisina sahip Josephson baglanti temelli bir sensör olarak konfigüre edilir (burada, sensörün duyarliligi X yönünde olacak sekilde Sekil 1'de temsil edilen çubuga paraleldir). Cihaz (10) bir tepe kismina (14) sahip koni seklinde bir merkez (12), bu yüzden uç-benzeri bir kismi tanimlar, ve bunun tepesi (14) dahil olmak üzere konik merkezin (12) en azindan bir kisminin üzerine kaplanan süper iletken bir filmin (16) iki ayri (aralikli) kismi (16A ve 163) ile tanimlanan bir elektrot düzenlemesi içerir. Tepenin (14) içinde, film kaplamasi (16) kirilir ve bir yalitkan (17) ile ayrilir, bu yüzden elektrotlarin (16A ve 168) arasinda bir tünel bölgesini tanimlar. Böylece, düsey alan duyarliligina sahip tek bir Josephson baglantisi (JJ) olusturulur, burada baglanti X yönünde manyetik alana paraleldir.

Cihaz (10), herhangi bir uygun teknik (örnegin, film birikmesi ve gravür) ile üretilebilir.

Cihaz bir kuvarz uç kullanabilir. Genel olarak, cihaz sivi Helyum (4He ve 3He) sicakliklarinda çalisabilir. Alüminyum ve Niobyum ve ayni zamanda diger olasi metaller bu tür bir cihazi üretmek üzere süper iletkenler olarak kullanilabilir. 1 mm'lik bir dis çapa sahip kuvarz (kaynasik SiOz) çubuklari ve tüpleri, kullanilabilir. Tüplere yönelik, bunlarin iç çapi 0.5 mm olabilir. Çubuklar/tüpler örnegin, Sutter Instruments (Heraeus HSQBOO) sirketinden alinabilir.

Kuvarz Sutter Instruments ürünlerini çekmek üzere, bir 002 lazer-temelli mikro pipet çekici kullanilabilir. Problar, akabinde alüminyum ile buharlastirilan koni seklinde bir uç kisma çekilen kuvarz çubuklardan yapilabilir. Çubuklar, tepede 100 nm'den daha küçük çaplar ile üretilebilir. Diger camlara göre, kuvarz en düsük dielektrik sabiti, en yüksek hacim direnci, yüksek bir erime noktasi ve küçük bir termal genlesme katsayisina sahiptir.

Uç kisimlar, belirtilen bir döner flansin içine yerlestirilebilir, bu uç kismin buharlasma kaynagina göre dönmesini saglar. Sifir-açili düzenleme, döner çerçevenin yanina yerlestirilen küçük bir lazer diyot kullanilarak yapilabilir. Bulusçular, her biri farkli bir proseste olmak üzere birçok deneysel cihaz üretmistir, burada temel farkliliklar buharlasma açisi ve in-situ oksidasyonun proseste kullanilip kullanilmamasidir. Uç kismin direnci, uç-tutucudan elektrik akimina kadar uzanan vakum-içi kablolama kullanilarak proses boyunca ölçülmüstür.

Spesifik olarak gösterilmemesine ragmen, tünel bölgesinin (Sekil 1'deki 17) keskin bir köseye (tepe) (14) (ömegin, kuvarz uç kisim) sahip yalitkan koninin (12) sürekli bir süper iletken bir film ile kaplanmasi yoluyla olusturulabilecegi belirtilmelidir. Bu, alana- bagli kritik bir akim ile sonuçlanarak tepede zayif bir bag olusturacaktir. Sinirlandirici- olmayan bir örnekte, çubuk yönüne (X yönü) göre 100°`Iik bir açi ile 200 Â olan alüminyumun buharlasmasi ilk önce gerçeklestirilir, akabinde X yönüne göre - 100°`Iik bir açida 200 A olan alüminyum buharlastirilir ve X yönüne göre O°`Iik bir açida 200 A olan alüminyum buharlastirilir. Bu uç kisimlari yapmak kolaydir ve tünel bölgesinin içinde ilave bir yalitkanin yaratilmasina yönelik herhangi bir spesifik proses içermez (oksidasyon yoktur).

Sekil 1'de gösterilen cihazin (10) bir üretim prosesini örnek olarak gösteren Sekil 2'ye referans yapilir. Bu örnekte, farkli açilarda iki veya daha fazla alüminyum buharlasma adimi ve alüminyumun oksidasyonu çesitli baglanti yönelmelerini elde etmek üzere kullanilir. 200 A olan bir alüminyum katmani, X yönüne göre 100°`Iik bir açida bir çubuk ucunun üzerinde buharlastirilir (adim (l)). Akabinde, sentetik hava ile yapilan oksidasyon . 200 Ä olan alüminyuma yönelik ikinci bir buharlastirma, akabinde X yönüne göre -100°'Iik bir açida gerçeklestirilir (adim (lll)). Bundan sonra, 200 Â olan alüminyuma yönelik üçüncü bir buharlastirma X yönüne göre 0°'Iik bir açida gerçeklestirilir (adim (IV)).

Sekiller 3 ve 4'te gösterildigi üzere, tek Josephson baglanti cihazi düzlemsel alan duyarliligi elde etmek üzere konfigüre edilebilir. Daha kolay anlasilmasini saglamak üzere, bulusun örneklerinde ortak bilesenlerin tanimlanmasina yönelik ayni referans numaralari kullanilir. Sekil 3, bir tepe kismina (14) ve bunun tepesi (14) dahil olmak üzere konik merkezin (12) en azindan bir kisminin üzerine kaplanan süper iletken bir film (16) ile tanimlanan bir elektrot düzenlemesine (16A-1GB) sahip koni seklinde bir merkez (12) dahil olmak üzere bir sensör cihazini (20) gösterir. Tepe kisminin (14) içinde, film kisimlari (16A ve 163) bunlarinda arasinda bir yalitkan (17) ile koni ekseni (x-ekseni) boyunca birbirine göre aralikli hale getirilir, bu yüzden bir tünel bölgesi tanimlar. Böylece, düzlemsel alan duyarliligina sahip tek bir JJ elde edilir, yani baglantinin kritik akiminin degeri Y ve Z yönlerinde manyetik alanlara duyarlidir.

Sekil 4, cihazin (20) üretim prosesini örnek olarak gösterir. 225 A olan bir alüminyum katmani, X yönüne göre 55°'lik bir açida bir çubuk uç kisminda buharlastirilir (adim (l)).

Sentetik hava ile yapilan oksidasyon, akabinde 100mTorr”Iik bir basinçta 30 saniye gerçeklestirilir (adim (ll)). 225 Â olan alüminyuma yönelik ikinci bir buharlasma, X yönüne göre -55°'Iik bir açida gerçeklestirilir (adim (lll)). Prosedür ardisik olarak l- lll asamalarini takip eder. Etkili baglanti, X yönüne dik olan manyetik alana duyarli bir Mevcut bulusun bazi diger düzenlemelerine göre, sensör cihazi ayrica SQUID olarak da bilinen paralel olarak baglanan iki Josephson baglantisi (JJ) içeren bir prob içerir.

Kuvarz bir tüpün çekilmesi yoluyla, bir kisi iki JJ içeren tüpün uç kisminin üzerinde dairesel bir SQUID çemberi üretebilir. Mevcut bulusun avantajlarindan biri, çekme tekniginin dogal bir sekilde tepede 100 nm düzeyinde çapin küçük bir halkasini olusturmasidir, bunun üzerine mikro üretim yöntemlerine ihtiyaç duymadan kendi kendine-hizalanan bir sekilde SQUID çemberi buharlastirilabilir. SQUID temelli bir sensör cihazini ve bunun üretim yöntemini gösteren Sekiller 5 ve 6'ya referans yapilir.

Cihaz (30) bir tepe kismina (14) sahip koni seklinde bir tüp (112), bu yüzden uç-benzeri bir kismi tanimlar, ve bunun tepesi (14) dahil olmak üzere konik merkezin (112) en azindan bir kisminin üzerine kaplanan sürekli bir kapali döngülü süper iletken film (16) (elektrot) ile bir elektrot düzenlemesi içerir ve iki aralikli yarik (17A ve 178) olusturmak üzere modellenir. Filmin (16) bu konfigürasyonu, yalitkan bölgeler (sirasiyla, tanimlar, bu yüzden iki JJ olusturur.

Cihaz (30) asagidaki gibi üretilebilir: 200Ä olan bir alüminyum katmani, X yönüne göre 100°'Iik bir açida buharlastirilir (adim (I)). 200Ä olan ikinci bir alüminyum katmani, X yönüne göre -100°'lik bir açida tüp uç kisminin (112) üzerinde buharlastirilir (adim (Il)). 200Ä olan üçüncü bir alüminyum katmani, X yönüne göre 0°'lik bir açida buharlastirilir (adim (III)). Genel olarak, JJ”Ier asagidaki tekniklerden biri ile gerçeklestirilebilir: tek JJtye yönelik AI-AI203-AI prosesi; dairesel olmayan tüpler kullanilarak çember boyunca iki dar kisitlamanin olusturulmasi yoluyla; nano-eslestirme veya FIB frezelemenin kullanilmasi yoluyla veya yukarida açiklandigi üzere farkli açi buharlastirma islemi Sekil 7, alüminyum film buharlastirmasindan sonra bir SQUID olarak konfigüre edilen tüp-benzeri bir uç kismin bir SEM görüntüsünü gösterir. Sekil 8, uç kismin tepesinin dogal geometrisinin kendi basina iki zayif bag baglantisi olusturdugu diger bir örnegi gösterir. SQUID geometrisini farkli bir sekilde göstermek üzere, gerilmis bir görüntüde üst kisimdan görülen bir SQUID Sekil 9'da sunulur. Konik tüpün kenarlarinin üzerinde bulunan iki büyük alüminyum kursun halka-seklindeki uç kisim tepesinin sol ve sag taraflarinda görülür. Dogal olarak olusturulan iki dar bölge, iki zayif bag olarak görev yapar. Örnegin, halka-seklindeki tepenin 300 nm'lik bir dis çapina yönelik, zayif-bag bölgelerinin genisligi yaklasik 50 nm'dir, tepede tüp duvarlarinin kalinligi ile belirlenir.

SQUlD'nin kritik akimi, Sekil 10'da gösterildigi üzere manyetik alanda genis ve açik kuantum parazit modellerini gösterir. Bu cihaz, yaklasik 50 mGNHz'lik alan duyarliligi göstermistir.

Alüminyumun niobyum ile degistirilebilecegi not edilmelidir. Manyetik sensör cihazi, akabinde daha yüksek sicakliklarda çalisabilir (4.2 K'nin üzerinde). Bir e-tabanca buharlastiricisi, kuvarz bir uç kismin üzerinde ince bir süper iletken niobyum film elde etmek üzere kullanilabilir. Sübstrat, yüksek bir sicaklikta, yani buharlastirma [7] sirasinda 400°C ila 800°C arasinda tutulmalidir.

Bulusçular ayrica bu tür koni seklindeki uç-benzeri sensörlerin tutulmasina yönelik konfigüre edilen yeni tipte bir tutucu gelistirmistir. Bu tutucu, buharlastirma sirasinda bir sübstrat (kuvarz tip) tutucusu ve sivi helyumlu sistemde düsük-sicaklikli ölçümler sirasinda bir numune tutucusu olarak islev göstermek üzere konfigüre edilir. Herhangi bir direkt tel-lehimleme islemi uç kisimda kullanilmaz. Uç kisminin her bir tarafina temas, pirinç veya bakirdan yapilan farkli bir elektrot ile yapilir. Çift-uçlu bir tutucu olarak konfigüre edilen tutucunun (100) bir örnegi, Sekiller 11A ve 11B'de sematik olarak gösterilir. Bu örnekte, Sekil 12'de gösterildigi üzere, bir elektrot uç kismin yerlestigi 1 mm derinliginde V-seklinde bir oluga sahiptir, böylece uç kismin bir elektrodu oluga dokunur, öte yandan bir Berilyum bakir (BeCu) yayi uç kismin ikinci elektroduna temas eder. Her bir çekme prosesinde, iki uç kismin üretilmesi nedeniyle, çift-uçlu bir tutucu tasarlanir. Bakir teller alt pimlerden tutucu elektrotlara kadar lehimleme (alüminyum tipi tutucuya yönelik) veya kivirma (niobyum tipi tutucuya yönelik) yoluyla baglanir. Mevcut bulusun ögretilerine göre, uç kismin direnci ayni tip tutucu kullanilarak buharlastirma sirasinda ve bundan sonra düsük-sicaklikli ölçümler ile ölçülebilir.

Tüm Josephson baglanti ve SQUID ölçümleri, voltaj ön geriliminde gerçeklestirilebilir. Örnegin, bir voltaj ön gerilimi standart bir Yokogawa 7651 DC kaynagi kullanilarak uç kismin üzerine uygulanir ve bunun içinden geçen akim bir Ithaco 1211 akim yükselticisi kullanilarak bir Agilent 34401A multimetresi tarafindan okunan bir voltaja güçlendirilir.

AC ölçümleri, sürekli bir uç kisma benzer bir sekilde gerçeklestirilir, yani bir AC-kaynagi (genellikle SRS830 kilitlemeli bir yükselticinin osilatörü) DC kaynagi ile seriler halinde baglanir ve akim kilitlemeli yükselticinin akim ölçme devresi tarafindan ölçülür. Uç kismin diferansiyel iletkenligi, akabinde etkin bir sekilde ölçülür.

Bir uç kismin üzerinde yaklasik olarak 20 nm kalinliga sahip sürekli bir film, ilk olarak karakterize edilir. Süper iletken faz geçisi, bir Tc tahmini verir, buradan enerji boslugu A(0) : ÃV kBTC, hesaplanabilir, 9' v Euler sayisidir. 100 nm'lik bir dis çapa sahip bir uç kismin etkili diferansiyel direnci ölçülür. Sekil 13A'da temsil edilen DC ölçümündeki kisma uygulanan farkli manyetik alanlara (O Tesla, 0.2 Tesla, 0.3 Tesla, 0.4 Tesla ve 0.8 Tesla) karsilik gelir. Bu kritik akimdan (16) daha küçük akimlarda, uç kisim süper iletkendir ve bunun direnci sifirdir, öte yandan Ic degerinden daha büyük akimlarda, süper iletkenlik söndürülür ve bunun direnci bunun normal durum direncine (Rn) siçrar.

Ayni uç kismin AC ölçümleri, kritik akim bölgesinde diferansiyel bir dirençte bir pik gösterir. AC akim genligi, 10.5 Hz'Iik bir frekansta 50 nA olmustur. Manyetik alan, Sekil 13B'de gözlendigi üzere süper iletkenlik uç kisimda tamamen söndürülene kadar kritik akim düsüsünü gerçeklestirir. Kritik alanda bir AC ölçümünün en genis egrisi, (10.5 Hz,lik bir frekansta) yaklasik 1uV/Gauss olmustur. DC ölçümleri, benzer egriler Gauss/JIE vermistir. Bu durumda elde edilen en iyi duyarlilik, birkaç olur. 100 nm'lik bir çapa sahip Josephson baglantisi uç kisimlari, akabinde karakterize edilir.

Bu uç kisimlar, Sekil 3'te önerildigi üzere baglanti geometrisi ile buharlastirilabilir. 02 basinci, performansini optimize etmek, yani maksimum süper akimini arttirmak üzere oksidasyon sirasinda degistirilir.

Küçük tünel baglantisi uç kisimlari (100 nm'lik bir çapa sahip olan) sadece sifir düzeyinde bir parazit modeli göstermistir, öte yandan daha büyük olanlari (500 nm'lik bir çapa sahip olan) manyetik alan bagliligina yönelik bir parazit modeli göstermistir.

Manyetik alan bagliligi, büyük çapli uç kisimlarda süper akima yönelik ~500 pA/Gauss olan tipik bir DC egrisine ve daha küçük çapli uç kisimlara yönelik daha az olarak sayisiz düzeyde büyüklüge sahip olmustur.

Küçük bir çapa çekilen kuvarz tüplerini kullanan SQUID uç kisimlari, akabinde karakterize edilir. Bu tür içi bos uç kisimlarin geometrisi, örnegin, iki süper iletken kursunun arasinda iki Dayem köprüsü (zayif-bag) yaratan yukaridan uç kismin buharlastirilmasi gibi bir SQUID üretmek üzere ihtiyaç duyulan kosullari verir. ilaveten, yüksek-kaliteli SQUID'Ier dogasi bakimindan histeretiktir [8] ve bunlari pratik bir sistemde kullanmak üzere, bunlar genellikle devreye paralel olarak baglanirlar.

Buharlastirma prosesi, SQUID ile paralel olan yapisal bir paralel devre olusturur. Uç kisim, 300 nm`lik bir dis çapa sahiptir. Kritik akimin manyetik alan bagliligi, iki yöntem kullanilarak ölçülür. Yapisal bir paralel devreye sahip SQUID'Iere yönelik (yani, histeretik-olmayan rejimde), kritik akim sabit bir voltaj ön geriliminde ölçülebilir. Bu paralel devre olmadan SQUID'Iere yönelik, tüm akim-voltaj (I-V) egrisinin her bir manyetik alana yönelik ölçülmesi gereklidir, kritik akimin (lc) tanimlanmasi ve akabinde manyetik alanin bir fonksiyonu olarak çizilmesi gereklidir. Sensörün manyetik alan duyarliligi 3He sisteminde ölçülür. Bu ölçümler, histerez göstermek üzere uç kisim ile paralel olarak baglanan harici bir paralel devre ile gerçeklestirilir. Örnegin, diferansiyel direnç (AC+DC) ölçümlerinin kilitlemeli bir yükseltici kullanilarak gerçeklestirilmesi, 5 kHz kadar yüksek ve daha fazla olan frekanslarda uygulanan alanda 1 Gauss adimlarinin çözülmesini saglar. kHz'ye kadar farkli frekanslarda yapilan gürültü ölçümleri, yaklasik SOmG/JE'. olan bir gürültü degeri vermistir.

Bir numunenin yüzeyinin, süper iletkenlerdeki vorteksleri gözlemek üzere sabit bir harici manyetik alanda mevcut bulusun uç kismi kullanilarak taranabilecegi not edilmelidir. Bir tünel akimi, klasik bir STM teknigi kullanilarak tipik olarak gerçeklestirildigi üzere uç kismin ucu ve numune arasinda tanimlanabilir. Ancak, ince bir alüminyum oksit katmani uç kismin ucuna yakin oksidasyon nedeniyle alüminyum filmin en-üstteki katmaninin üzerinde olusturulur. Mevcut bulusun bulusçulari, mevcut bulusun bazi düzenlemelerine göre üretilen uç kisim kullanilmasi yoluyla uç kismin ucu ve numune arasinda tünel kullanilarak bir numunenin yüzeyinin taranmasina yönelik bir yöntem gelistirmistir. Yöntem, süper iletken katmanin (örnegin, alüminyum film) altin (Au) veya paladyum-altin (Pd-Au) ile kaplanmasini içerir. Altin ve ayni zamanda paladyum oksitlenmez, böylece bu ilave katman tüneli daha güvenilir hale getirir. Ek olarak, mevcut bulusun bulusçulari mevcut bulusun sensör cihazi ve bir ayarlama- çatalli bir geri bildirim mekanizmasi teknigi kullanilarak bir numunenin yüzeyinin taranmasina yönelik bir yöntem gelistirmistir.

Ayni zamanda, SPM'nin in-si'tu hazirlama haznesi, alüminyum buharlasma sirasinda ve bundan sonra oksitlenmeyecek sekilde numuneleri üretmek üzere kullanilabilir.

Mevcut bulusun cihazi ve yöntemi, bölgesel manyetik düzey ve faz geçisleri dahil olmak üzere nanomanyetiklerin denge ve dinamik özellikleri, polarize akimlarin dönme- transferi torku ile tahrik edilen dönmeye-bagli tasima ve nanomanyetik dinamikleri, süper iletkenlerdeki tek akis dinamikleri, moleküler manyetiklerde kuantum tüneli ve çiglari, Kuantum Hall sistemleri gibi iki boyutlu iletkenlerde manyetizasyon etkileri, süper iIetken-yalitkan geçislerde manyetik yapilar ve ayni zamanda nano ölçekli elektronik cihazlar, nano tüpler ve organik-molekül-bazli aglarin ve cihazlarin akim akisinin görüntülenmesi gibi sayisiz ilginç sistemde nanomanyetik sistemlerin ve bölgesel manyetik olaylarin arastirilmasina ve görüntülenmesine yönelik kullanilabilir. Örnegin, mevcut bulusun ögretileri kullanilarak, tek bir vorteks düzeyinde süper iletkenlerdeki vorteks dinamikleri arastirilabilir. Yüksek uzamsal çözünürlük, yüksek duyarlilik ve bulusu yapilan yöntemin genis bant genisligi detayli olarak arastirilmasina ve sayisiz teorik olarak varsayilan heyecan verici olayin ve söndürülen bozuklugun [8, 9] varliginda uygulanan akim ile tahrik edilen akan bir vorteks sisteminin faz dönüsümlerinin direkt olarak görüntülenmesine olanak saglar. ilaveten, bölgesel manyetik davranis, kuantum tüneli ve moleküler manyetiklerde manyetizasyon çiglarinin ön yayilim dinamikleri [10, 11] ayni zamanda mevcut bulusun SQUID temelli bir cihazi ile arastirilabilir.

Mevcut bulusun sensör cihazi, ayrica çesitli süper iletkenlerde vorteks maddesinin fiziginin arastirilmasina yönelik kullanilabilir. Sensör, yüksek-Tc süper iletkenlerde tek vortekslerin manyetik alanini bölgesel olarak derinlemesine incelemek üzere gerekli spesifikasyonlara sahiptir. Gerekli spesifikasyonlar asagidaki gibidir: birkaç yüz nanometrenin küçük bir boyutu, çünkü uygulanan 20 Gauss bir manyetik alanda vortekslerin arasindaki mesafe lum'dir; 1 Gauss/«IHz'den daha az olan bir yüksek duyarlilik. Süper iletken bir kristalin yüzeyinin üzerinde onlarca nanometrelik bir mesafede, izole edilen bir vorteks ve bunun disindaki manyetik alan arasindaki modülasyon yaklasik 100 Gauss ve daha yüksek alanlarda çok daha azdir; sensörün numuneye yönelik yaklasim kolayligi; alüminyum bir sensöre yönelik 300 mK ve niobyum bir sensöre yönelik 1.5 K-4 K olan bir çalisma sicakligi. Farkli uç kisimlarin karakteristik özellikleri Sekil 14'te özetlenebilir.

Bazi düzenlemelerde, mevcut bulusun sensör cihazini içeren direkt nano ölçekli olarak manyetik alan görüntülemesine yönelik konfigüre edilen bir tarama probu mikroskobunun saglandigi not edilmelidir.

JouIe-Thomson sogutma islemi kullanilarak uç kismin ucunu sogutmak üzere bir mekanizmayi gösteren Sekil 15'e referans yapilir. Bir uç kapagi (150) uç kismin ucundan gelen düsük-basinçli gazi toplamak üzere konfigüre edilir. Düsük-basinçli gaz örnegin nitrojen olabilir. Bu teknik ve düsük-basinçli bir gaz olarak nitrojen kullanilarak, uç kismin ucu yaklasik 70 K olan bir sicakliga sogutulabilir. Bu spesifik örnekte, SQUID, (ve muhtemelen bütün tüp), 70K'den daha yüksek kritik bir sicakliga sahip yüksek-sicaklikli bir süper iletkenden yapilabilir. Oldukça basinçli bir gazin uç kismin bir uç tarafina eklenmesine ragmen, gazin uç kismin ucuna ulastiginda düsük basinçli oldugu belirtilmelidir. Bu teknik, sivi-helyum/nitrojenli bir vakum balonunun (Dewar) disinda cihazin kullanimina olanak saglar. Cihaz, biyolojik uygulamalara yönelik yasayan dokularin ölçümüne yönelik özellikle adapte edilebilir.

Teknikte uzman kisiler, çesitli modifikasyonlarin ve degisikliklerin eklenen istemler tarafindan ve bunlarin içinde kapsamindan uzaklasmadan tanimlaman burada önceden örnek olarak gösterildigi üzere bulusun düzenlemelerine uygulanabilecegini kolay bir sekilde anlayacaktir.

Claims (1)

1. ISTEMLER söz konusu konik uca (12, 112) ait bir merkez elektrik yalitimli bir materyalden yapilir, söz konusu konik uç (12, 112) bir manyetik alan sensörü olarak konfigüre edilir, söz konusu konik uç (12, 112) zayif bir bag bölgesi ile ayrilan iki süper iletken tarafindan olusturulan en az bir Josephson baglantisi içerir, özelligi sensör cihazinin söz konusu konik ucun (12, 112) söz konusu ucun kösesinde (14) söz konusu merkezin seçilen bir çevresel bölgesinde süper iletken bir film kaplamasi içermesi ile karakterize edilmesidir, böylelikle söz konusu ucun (12) kösesinde (14) karsilik gelen zayif bag bölgeleri (17A, 178) ile araliklanan iki çift elektrot bölgesi (16A, 168, 16C, 16D) tanimlar. . Istem 1”e göre cihaz olup, özelligi söz konusu konik ucun (12, 112) birkaç yüz nanometreyi asmayan maksimum bir dis çapa sahip olmasidir. . Istem 1 veya 2'ye göre cihaz olup, özelligi söz konusu Josephson baglantisina ait bir tünel bölgesinin birkaç nanometre ila onlarca nanometrelik yanal bir boyuta sahip olmasidir. . Istemler 1 ila 3'ten herhangi birine göre cihaz olup, özelligi söz konusu sensörün iki zayif bag (17A, 17B) söz konusu ucun (112) kösesinde (14) bulunacak sekilde konik ucun (112) çevresel bir bölgesi boyunca uzanan bir SQUID (Süper Iletken Kuantum Parazit Cihazi) çemberi içermesidir. . Tek bir elektron transistör (SET) probu içeren, böylelikle sirasiyla yaklasik SOmGauss/w/Hz ve uV olan bir duyarliliga sahip manyetik alanin ve elektriksel potansiyellerin es zamanli nano ölçekli olarak görüntülenmesini saglayan istem 4'e göre cihazdir. . Düsük-basinçli bir gazi toplamak üzere konfigüre edilen ve böylelikle söz konusu konik ucun (12, 112) kösesini bölgesel olarak sogutan bir uç kapagi içeren istemler 1-5'ten herhangi birine göre cihazdir. Josephson baglanti temelli bir sensör cihazinin üretilmesine yönelik bir yöntem olup, özelligi yöntemin asagidaki adimlari içermesidir: elektriksel olarak yalitkan bir materyalden yapilan koni seklinde bir uç-benzeri sübstratin (112) saglanmasi ve söz konusu yalitkan sübstratin en azindan seçilen bir çevresel bölgesinin söz konusu ucun (112) kösesinde (14) zayif bir bag (17A, 17B) olusturmak üzere süper iletken bir katman ile kaplanmasi. Josephson baglanti temelli bir sensör cihazinin üretilmesine yönelik bir yöntem olup, özelligi yöntemin asagidaki adimlari içermesidir: elektriksel olarak yalitkan bir materyalden yapilan koni seklinde bir uç-benzeri sübstratin (12) saglanmasi, söz konusu yalitkan sübstratin en azindan seçilen bir çevresel bölgesinin söz konusu ucun (12) kösesinde (14) birbirinden araliklanan iki katman kismi tanimlamak üzere süper iletken bir katman ile kaplanmasi ve söz konusu iki katman kismi arasinda yalitkan bir ara parçanin saglanmasi ve böylelikle söz konusu ucun (12) kösesinde (14) en az bir tünel bölgesinin (17) tanimlanmasi. Istem 8'e göre yöntem olup, özelligi yalitkan bir ara parçanin saglanmasinin uç tepesinin içinde seçilen bir bölgenin oksidasyonu yoluyla yapilmasidir. Istem 8'e göre yöntem olup, özelligi söz konusu süper iletken katmanin alüminyum niobyum, kursun, indiyum ve kalaydan seçilmesidir. Söz konusu süper iletken katmanin en az iki buharlastirma açisinda buharlastirilmasini içeren Istem 8'e göre yöntemdir. Çekilen bir kuvarz tüpün iki zit tarafinin üzerinde buharlastirici iki katman içeren istem 11'e göre yöntemdir. 7'ye göre yöntem olup, özelligi iki Josephson baglantisinin dairesel bir SQUlD çemberi yapmak üzere olusturulmasidir; söz konusu yöntem söz konusu tüpün enine kesitinde iki kisitlama-temelli zayif bag (17A, 17B) tanimlamak üzere bir tüpün çekilmesini içerir. istem 13'e göre yöntem olup, özelligi tek bir elektron transistör (SET) probunun söz konusu uca dahil edilmesidir, söz konusu yöntem yalitkan konik ucun birbirine seri halinde baglanan iki zayif bagi (17A, 1TB) tanimlamak üzere modellenen metalik veya süper iletken bir katman ile çevresinin kaplanmasini; söz konusu ucun yalitkan bir katman kullanilarak kaplanmasini ve tek bir Josephson baglantisi ve bir SQUID çemberinden seçilen söz konusu yalitkan filmin üzerinde Josephson baglanti temelli bir sensör cihazinin olusturulmasini