Imaging Flux Vortices in Type II Superconductors with a Commercial Transmission Electron Microscope
J. C. Loudon, P. A. Midgley
备注：
71 pages, 40 figures, now published in Ultramicroscopy. A square root sign in the appendix has been corrected and minus signs have been added to the magnetic phase shift in equations 38 and 69-71 for consistency with the rest of the paper
Flux vortices in superconductors can be imaged using transmission electron microscopy because the electron beam is deflected by the magnetic flux associated with the vortices. This technique has a better spatial and temporal resolution than many other imaging techniques and is sensitive to the magnetic flux density within each vortex not simply the fields at the sample surface. Despite these advantages, only two groups have successfully employed the technique using specially adapted instruments. Here we demonstrate that vortices can be imaged with a modern, commercial transmission electron microscope operating at 300 kV equipped with a field emission gun, Lorentz lens and a liquid helium cooled sample holder. We introduce superconductivity for non-specialists and discuss techniques for simulating and optimising images of flux vortices. Sample preparation is discussed in detail as the requirement for samples with very large (>10um), flat areas so that the image is not dominated by diffraction contrast is the main difficulty with the technique. We have imaged vortices in superconducting Bi2Sr2CaCu2O8+d and use correlation functions to investigate the ordered arrangements they adopt as a function of applied magnetic field.
Magnetic-force-microscope study of interlayer "kinks" in individual vortices in underdoped cuprate YBa$_2$Cu$_3$O$_{6+x}$ superconductor
我们使用磁力显微镜的图像和操纵个别涡线线程单晶YBa $_2$铜$_3$ O $_{6.4}$，层状超导体。我们发现，当我们拉动一个固定涡的顶部时，它可能不会平滑地倾斜。有时，我们观察到一个漩涡分裂成离散的片段，可以描述为短叠的煎饼漩涡，类似于Benkraouda和Clem提出的“扭结”结构。定量分析给出了钉扎力和堆叠之间的耦合的估计。我们的测量突出了分层超导体中煎饼涡旋堆叠的离散性。
A scanning tunneling microscope for spectroscopic imaging below 90 mK in magnetic fields up to 17.5 T
我们描述了超高真空扫描隧道显微镜的发展和性能的组合极端条件下的超低温和高磁场。我们结合了顶部加载稀释制冷机和标准桶杜瓦瓶与底部加载超导磁体，以实现4.5天的运行时间，这是足够长的时间来执行各种光谱成像测量。为了使有效电子温度更接近混合室温度，我们特别注意滤除射频噪声，以及增强显微镜单元和混合室之间的热连接。通过测量铝的超导能隙谱，我们估计最低有效电子温度在90 mK以下。我们证实了长期稳定的光谱成像测量可视化超导涡旋的铜酸盐超导体Bi $_{2}$ Sr $_{2}$ CaCu $_{2}$ O $_{8+δ}$。
Theory for Spin Selective Andreev Reflection in Vortex Core of Topological Superconductor: Majorana Zero Modes on Spherical Surface and Application to Spin Polarized Scanning Tunneling Microscope Probe
Visualization of vortex sheets and half quantum vortices in the chiral odd-parity superconductor UPt$_{3}$
Université Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Institut Néel（奈尔研究所）；Aix Marseille Univ（艾克斯-马赛大学）；Université de Toulon（土伦大学）；IM2NP（物质与纳米结构物理化学研究所）；CEA（法国原子能和替代能源委员会）；IRIG（研究和技术集成部）；PHELIQS（低温、激光和量子科学实验室）；The University of Edinburgh（爱丁堡大学）；Centre for Science at Extreme Conditions（极端条件科学中心）；Tohoku University（东北大学）；Institute for Materials Research（材料研究所）
Angle-dependent Magnetoresistance of an Ordered Bose Glass of Vortices in YBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7-δ}$ Thin Films with a Periodic Pinning~Lattice
超导$_{2}$ O $_{7-δ}$（YBCO）薄膜中的本征无序与超致密三角形晶格的30 nm间距的钉扎中心之间的竞争导致有序的玻色玻璃相涡旋。通过在YBCO薄膜的表面上扫描氦离子显微镜的聚焦光束以形成点缺陷的列，其中超导性被局部抑制，来创建样品。的电压-电流等温线揭示了临界行为和规模在附近的二级玻璃化转变。后者表现出一个明显的峰值，在熔融温度（$T_g$）与施加的磁场（$B_a$）在磁可磁化率场，随着玻璃波动的寿命急剧上升。在恒定的洛伦兹力的几何形状的角度相关的磁阻测量揭示了一个强大的各向异性增加相比，一个原始的参考膜的涡旋的密度相匹配的柱状缺陷。因此，钉扎由平行于柱状缺陷的磁场分量主导，暴露出其一维特征。这些结果支持有序玻色玻璃相的想法。
Ultradense Tailored Vortex Pinning Arrays in Superconducting YBa$_2$Cu$_3$O$_{7-δ}$ Thin Films Created by Focused He Ion Beam Irradiation for Fluxonics Applications
磁场以磁通量量子的形式穿透II型超导体，称为涡旋。在一个干净的超导体中，它们以六方晶格排列，而通过添加周期性的人工钉扎中心，可以实现许多其他排列。利用氦离子显微镜的聚焦束，在铜氧化物超导体$_{2}$ O $_{7-δ}$的薄膜中制备了间距为70 nm的密集钉扎中心的周期性图案。在这些超致密的kagomé样图案中，空隙导致涡流的磁笼，导致非常规的可磁化性效应，其表现为临界电流的峰值和电阻与施加磁场的最小值，最高可达$\sim 0.4\,$ T。通过对涡旋运动的分子动力学模拟，分析了不同磁场下的涡旋模式，证实了临界电流与磁场的关系。这些发现开辟了一条道路，在铜氧化物超导体的人工亚100纳米钉扎景观的控制操纵的漩涡。
Angular magnetic-field dependence of vortex matching in pinning lattices fabricated by focused or masked helium ion beam irradiation of superconducting YBa$_2$Cu$_3$O$_{7-δ}$ thin films
研究了在人工钉扎形貌下，铜氧化物高临界温度超导体$_{2}$ O $_{7-δ}$（YBCO）薄膜中磁场磁化率效应的角度依赖性.通过两种不同的离子辐照方法制造点缺陷列--在氦离子显微镜中扫描聚焦的30 keV离子束或采用宽场75 keV He $^+$束的离子注入器通过模板掩模。离子-靶相互作用和由此产生的碰撞级联的模拟表明，这两种方法的缺陷列子$μ$ m间距的正方形阵列可以创建。它们由密集的点缺陷集群，作为钉扎中心的Abrikosov涡。这是验证的临界电流和相关的磁通流阻与磁场在匹配场的最小值的可重复的峰值的测量。在倾斜磁场中，匹配特征仅由平行于柱状缺陷的轴的磁场分量控制，这证实了磁通量沿着缺陷柱穿透。我们表明，后者占主导地位的钉扎景观，尽管在薄YBCO薄膜的强大的内在钉扎。
Current distribution across type II superconducting films: a new vortex-free critical state
迈斯纳态中载流矩形薄膜厚度上的电流分布是很久以前由伦敦兄弟建立的。宽度上的分布更复杂，但后来被证明是高度不均匀的，在边缘发散。因此，II型超导体的标准观点是涡旋从边缘进入，随着电流的增加，涡旋被向内驱动，直到它们在中心自我湮灭，导致耗散。假定该条件定义临界电流。然而，我们已经表明，在自场（无外场）下，输运临界电流是伦敦表面电流，其中表面电流密度等于临界场除以λ，跨越整个宽度。因此，临界电流分布必须是均匀的。在这里，我们报告的商业YBa 2Cu 3 O 7导体的电流和场分布的研究，并确认在低电流接受的非均匀分布，但表现出激进的交叉在临界电流的均匀分布。这种交叉在奇点处不连续地结束，并且计算详细地定量地证实了这些结果。出乎意料的是，自场耗散的开始是热力学性质的，并且隐含的无涡旋临界状态似乎需要新的物理学。
