Lokale Untersuchung magnetischer Strukturen in Supraleitern mit einem Tieftemperatur- Rastertunnelmikroskop

Es wurde ein neuer Tieftemperatur-Rastertunnelmikroskopie-Meßplatz errichtet, der es erlaubt bei Temperaturen bis zu 4.2K und in Magnetfeldern bis zu IT simultanspektroskopische und morphologische Messungen bei extremen Tunnelparametern vorzunehmen. Die Struktur der Strom-Spannungsttmnelkennlinien auf adsorbatbedeckten Materialien zeigt einen für korreliertes Einzelelektronentunneln charakteristischen Verlauf. Durch die kleine effektive Kapazität des Tunnelkontakts in der Größenordnung 10$^{-1}$9F ließ sich die Ausbildung der Coulomb-Blockade selbst bei Raumtemperatur beobachten. Die Temperatur- und Abstandsabhängigkeit des Tunnelwiderstandes zeigt, daß die Coulomb-Blockade sich im resonanten Tunnelkanal beim Tunneln über Zwischenzustände im Adsorbat ausbildet und nicht im direkten Kanal auftritt. Die in der Regel mit einem RTM zu niedrig gemessenen, effektiven Barrierenhöhen lassen sich durch resonantes Tunneln erklären. Mit normalleitenden Sonden auf diversen Supraleitern (Nb, NbN, NbSe$_{2}$, Mo$_{3}$Si ,YBa-Cu-O) gemessene Tunnelkennlinien zeigten in der Regel einen symmetrischen Kennlinienverlauf mit einer der BCS-Theorie entsprechenden Energielücke. Abweichungen hiervon lassen sich auf eine verstärkte Oxidation bzw. auf die Ausbildung eines schwachen metallischen Kontakts bei kleinen Tunnelabständen zurückführen. Indem der Tunnelstrom bei einer festen Spannung innerhalb der Energielücke bei konstantem Tunnelabstand gemessen wurde, konnte mit dem Tunnelmikroskop in NbSe$_{2}$ das Abrikosov-Flußliniengitter abgebildet werden. Die Flußlinien sind in Richtung der kristallinen Achsen orientiert. Sie weisen keine zylindersymmetrische, sondern eine, aufgrund einer bei NbSe$_{2}$ durch Ladungsdichtewellen anisotropen Fermifläche, sechszählige Sternstruktur auf, die selbst bei 4.2K sichtbar wurde. Für eine Bestimmung der kritischen Stromdichte eines Flußfadengitters auf mikroskopischer Ebene wurde während der spektroskopischen RTM-Messung ein Transportstrom mit varibler Amplitude durch den Supraleiter geschickt. Die mikroskopische kritische Stromdichte bei der das Vortexgitter mit dem RTM mehr abgebildet werden konnte, stimmt mit dem makroskopisch gemessenen Wert überein. Nach Unterschreitung des kritischen Wertes ordnet sich das Gitter wieder an nahezu den ursprünglichen Vortexpositionen an. Das läßt vermuten, daß diese Anordnung der thermodynamisch stabilen Konfiguration nahe kommt . Bei nichtidealen, oxidierten und adsorbatbedeckten Oberflächen, wie z. B. bei Niob, ist es bisher nicht gelungen, mit dem RTM ein Flußliniengitter abzubilden. Während des Tunneins auf einer dünnen nounalleitenden Al-Schicht (einige nmdick), die eine Niob-Schicht bedeckt, konnte eine dem Niob entsprechende Energielücke aufgrund des Proximityeffekts gemessen werden. Dies ermöglicht in Zukunft die RTM-Untersuchung lokaler Variationen der Supraleitung bei reaktiven Stoffen nach einer Versiegelung der Oberfläche mit einem Normalleiter. Unter Verwendung einer ferromagnetischen Spitze konnte auf NbSe$_{2}$ eindeutig die Ausbildung der Energieliicke gemessen und das Flußliniengitter zerstörungsfrei abgebildet werden. Abschätzungen zeigen, daß die lokalen Pinningkräfte, selbst bei niedrig pinnenden Materialien, größer sind als die lateralen magnetostatischen Sonde-Vortex Wechselwirkungen. Prinzipiell läßt diese Messung die Verwendung eines oberflächenunabhängigeren Magnetokraftmikroskops hinsichtlich destruktiver Spitze-Probe-Wechselwirkungen zur Untersuchung von Flußfäden bei Proben schlechter Oberflächenqualität, wie z. B. bei Hochtemperatursupraleitern, zu. Es wurde ein Tieftemperatur-Magnetokraftmikroskop entwickelt, mit dessen Hilfe die Obergrenze für die vertikale Kraft zwischen einem ferromagnetischen Kraftsensor und Plußfaden in NbSe$_{2}$ zu < 10$^{-9}$N bestimmt werden konnte