Sigloch, Fabian Uwe
De Teresa Nogueras, José María (dir.) ; Sangiao Barral, Soraya (dir.)
Universidad de Zaragoza,
2025
Resumen: La microscopía de sonda de barrido (Scanning Probe Microscopy, SPM) se ha convertido desde hace tiempo en una herramienta indispensable en la física del estado sólido para la caracterización y manipulación de una gran variedad de propiedades superficiales a escala nanométrica. En la microscopía de barrido SQUID (Scanning SQUID Microscopy, SSM), la resolución espacial de los métodos SPM se combina con la sensibilidad al flujo sin precedentes de un dispositivo de interferencia cuántica superconductora (Superconducting Quantum Interference Device, SQUID).
El SQUID-on-Lever (SoL) es una implementación emergente de SSM en la que el SQUID se coloca en la punta de una micropalanca SPM, combinando la sensibilidad del SQUID con el contraste topográfico y el control de la distancia punta-muestra de la microscopía de fuerza atómica (Atomic Force Microscopy, AFM). Para superar la alta relación de aspecto de la punta sobresaliente, se requieren técnicas de fabricación novedosas e innovadoras, lo que supone un desafío significativo para los métodos convencionales de nanofabricación basados en resinas.
El trabajo presentado en esta tesis doctoral contribuye a la iniciativa FIBSuperProbes, investigando el uso del procesamiento mediante un haz de iones focalizado (Focused Ion Beam, FIB) para la funcionalización de micropalancas SPM con estructuras superconductoras para la fabricación, entre otros, de sondas SoL. Con la posibilidad de realizar tanto fresado FIB como deposición inducida por haz de iones focalizado (Focused Ion Beam Induced Deposition, FIBID) en el mismo instrumento, la conmutación in situ entre métodos sustractivos y aditivos ofrece un alto grado de flexibilidad en la fabricación de dispositivos complejos a escala nanométrica.
Los esfuerzos se centran en el precursor hexacarbonilo de tungsteno (W(CO)6), que, tras la irradiación con un FIB de Ga+, forma un depósito compuesto principalmente de W y C. El depósito resultante forma un superconductor de tipo II con una temperatura crítica de aproximadamente 4.5K y puede ser modelado con una resolución de aproximadamente 50nm.
Este trabajo marca el primer paso hacia la fabricación ascendente (bottom-up) de dispositivos SoL en un procedimiento de un solo paso. Presentamos prototipos de nanoSQUIDs basados en tungsteno, modelados tanto en chips de silicio convencionales como en la cara superior de micropalancas SPM, prepatronados con contactos de oro, junto con sus respectivas características de magnetotransporte.
Resumen (otro idioma): Scanning Probe Microscopy (SPM) has long become an indispensable tool in solid state physics for the characterization and manipulation of a plethora of surface-properties on the nanoscale. In Scanning SQUID Microscopy (SSM), the spatial resolution of SPM methods is combined with the unpreceded flux sensitivity of a Superconducting Quantum Interference Device (SQUID). The SQUID-on-Lever (SoL) is an emerging implementation of SSM where the SQUID is placed on the tip of an SPM cantilever, combining the SQUID’s sensitivity with the topographic contrast and the tip-sample-distance control of Atomic Force Microscopy (AFM). Novel, innovative fabrication techniques are required to overcome the high aspect ratio of the protruding tip, posing a significant challenge to conventional, resist-based nanofabrication methods. The work presented in this doctoral thesis forms a contribution to the FIBSuper- Probes initiative, investigating the use of Focused Ion Beam (FIB) processing for the functionalization of SPM cantilevers with superconducting structures for the fabrication of SoL probes, among others. With FIB milling and Focused Ion Beam Induced Deposition (FIBID) deposition available in the same instrument, in-situ switching between subtractive and additive methods offers a high degree of flexibility for the fabrication of complex devices on the nanoscale. The efforts are centered around the tungstenhexacarbonyl (W(CO)6) precursor, which upon irradiation with a Ga+-FIB, forms a deposit composed of mostly W and C. The resulting deposit forms a type-II superconductor with a critical temperature of approximately 4.5K and can be patterned with a resolution of approximately 50nm. This work marks the first step on a path towards the bottom-up fabrication of SoL devices in a single-step procedure. We present prototypes of tungstenbased nanoSQUIDs patterned on both, conventional silicon chips and the top side of SPM cantilevers, prepatterned
El SQUID-on-Lever (SoL) es una implementación emergente de SSM en la que el SQUID se coloca en la punta de una micropalanca SPM, combinando la sensibilidad del SQUID con el contraste topográfico y el control de la distancia punta-muestra de la microscopía de fuerza atómica (Atomic Force Microscopy, AFM). Para superar la alta relación de aspecto de la punta sobresaliente, se requieren técnicas de fabricación novedosas e innovadoras, lo que supone un desafío significativo para los métodos convencionales de nanofabricación basados en resinas.
El trabajo presentado en esta tesis doctoral contribuye a la iniciativa FIBSuperProbes, investigando el uso del procesamiento mediante un haz de iones focalizado (Focused Ion Beam, FIB) para la funcionalización de micropalancas SPM con estructuras superconductoras para la fabricación, entre otros, de sondas SoL. Con la posibilidad de realizar tanto fresado FIB como deposición inducida por haz de iones focalizado (Focused Ion Beam Induced Deposition, FIBID) en el mismo instrumento, la conmutación in situ entre métodos sustractivos y aditivos ofrece un alto grado de flexibilidad en la fabricación de dispositivos complejos a escala nanométrica.
Los esfuerzos se centran en el precursor hexacarbonilo de tungsteno (W(CO)6), que, tras la irradiación con un FIB de Ga+, forma un depósito compuesto principalmente de W y C. El depósito resultante forma un superconductor de tipo II con una temperatura crítica de aproximadamente 4.5K y puede ser modelado con una resolución de aproximadamente 50nm.
Este trabajo marca el primer paso hacia la fabricación ascendente (bottom-up) de dispositivos SoL en un procedimiento de un solo paso. Presentamos prototipos de nanoSQUIDs basados en tungsteno, modelados tanto en chips de silicio convencionales como en la cara superior de micropalancas SPM, prepatronados con contactos de oro, junto con sus respectivas características de magnetotransporte.
Resumen (otro idioma): Scanning Probe Microscopy (SPM) has long become an indispensable tool in solid state physics for the characterization and manipulation of a plethora of surface-properties on the nanoscale. In Scanning SQUID Microscopy (SSM), the spatial resolution of SPM methods is combined with the unpreceded flux sensitivity of a Superconducting Quantum Interference Device (SQUID). The SQUID-on-Lever (SoL) is an emerging implementation of SSM where the SQUID is placed on the tip of an SPM cantilever, combining the SQUID’s sensitivity with the topographic contrast and the tip-sample-distance control of Atomic Force Microscopy (AFM). Novel, innovative fabrication techniques are required to overcome the high aspect ratio of the protruding tip, posing a significant challenge to conventional, resist-based nanofabrication methods. The work presented in this doctoral thesis forms a contribution to the FIBSuper- Probes initiative, investigating the use of Focused Ion Beam (FIB) processing for the functionalization of SPM cantilevers with superconducting structures for the fabrication of SoL probes, among others. With FIB milling and Focused Ion Beam Induced Deposition (FIBID) deposition available in the same instrument, in-situ switching between subtractive and additive methods offers a high degree of flexibility for the fabrication of complex devices on the nanoscale. The efforts are centered around the tungstenhexacarbonyl (W(CO)6) precursor, which upon irradiation with a Ga+-FIB, forms a deposit composed of mostly W and C. The resulting deposit forms a type-II superconductor with a critical temperature of approximately 4.5K and can be patterned with a resolution of approximately 50nm. This work marks the first step on a path towards the bottom-up fabrication of SoL devices in a single-step procedure. We present prototypes of tungstenbased nanoSQUIDs patterned on both, conventional silicon chips and the top side of SPM cantilevers, prepatterned
Pal. clave: física del estado sólido
Titulación: Programa de Doctorado en Física
Plan(es): Plan 488
Área de conocimiento: Ciencias
Nota: Presentado: 05 11 2025
Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, , 2025
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Registro creado el 2026-04-10, última modificación el 2026-04-10
