Ultra-Hochempfindliche Raster-SQUID-Mikroskopie mit dispersiver Auslese

• Antragsteller: Professor Dr. Hendrik Bluhm
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 256185976

Raster SQUID Mikroskopie basiert auf der Verwendung von superconducting interference devices (SQUIDs) als Magnetfeldsensoren, die über eine Probe gerastert werden, um deren magnetische Eigenschaften zu bestimmen oder abzubilden. Standardmäßig werden die Sensoren durch DC Messungen ihrer I-V Charakteristik ausgelesen. Wir beantragen Mittel für die Entwicklung von neuartigen SQUIDs für Rasterexperimente mit dispersiver Auslese. Dazu wird der SQUID mit einem Kondensator parallelgeschaltet und formt so einen LC Resonator, dessen Resonanzfrequenz vom magnetischen Fluss durch den SQUID abhängt und durch Reflektion eines extern generierten Mikrowellensignals gemessen werden kann. Simulationen und experimentelle Vorarbeiten versprechen eine deutliche Verbesserung der Empfindlichkeit und Bandbreite durch diesen Ansatz. Das Verständnis und die Optimierung des Rauschverhaltens solcher Sensoren erfordern eine detaillierte Studie der Nichtlinearität, die sich aus der Josephson-Induktivität ergibt. Die Charakterisierung unserer vom IBM Watson Research Center hergestellten Sensoren ist eines der Hauptziele dieses Projekts. Weiterhin sollen die Sensoren in ein Raster SQUID Mikroskop in einem Mischkryostat integriert werden. Nach seiner Fertigstellung soll dieses Gerät in Kombination mit gerasterten Spinresonanz- und Suszeptibilitätsmessungen verwendet werden, um den Ursprung und die Dynamik von Spins auf Oberflächen zu untersuchen. Solche Oberflächenspins verursachen Flussrauschen in supraleitenden Bauelementen. Dieses stellt ein großes Hindernis für supraleitende Qubits dar, da es die Dephasierungszeit limitiert und deren Design und Arbeitspunkt einschränkt. Darüber hinaus ist die Frage, wie Wechselwirkungen zwischen den Spins 1/f Rauschen erzeugen, von fundamentalem Interesse. Dieses Project vereint unsere Erfahrung mit hochempfindlicher Raster-SQUID-Mikroskopie und Hochfrequenztechnik und Spinphysik aus Spinqubitexperimenten. Längerfristig wird es die Grundlagen für eine Reihe von Untersuchungen von Spin- und Quantenphänomenen schaffen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen