Detection of quantized vortices in the zero temperature limit using silicon/superconducting microwires

Abstract

In this Thesis, we have characterized and used Microscopic Electrical Mechanical Oscillators (MEMS) in the study of quantum turbulence. Experiments were conducted in the temperature range of 20-920 mK in vacuum in various magnetic Ąelds and in superĆuid helium at temperature 20 mK. Resonance properties of MEMS in vacuum showed nonlinear behavior. Low drive peaks showed frequency softening, and high drive peaks showed frequency hardening. We showed that the origin of non-linear behavior lies in the geometry of MEMS. We have shown that our devices are superconductive in Ąeld 12.6 mT and is resistive for higher Ąelds. Resonance properties of MEMS do not signiĄcantly change with magnetic Ąelds in range 37.8-504 mT. We shown that the motion of MEMS in superĆuid helium is highly damped and all measured points were already in turbulent state. MEMS devices can be used to generate quantum turbulence or as itsŠ highly effective local probe. 1

V tejto práci sme charakterizovali a používali Mikroskopické Elektrické Mechanické Oscilatory (MEMS) v rámci štúdia kvantovej turbulencie. Experimenty boli vykonane v teplotnom rozsahu 20-920 mK vo vákuu v rôznych magnetických poliach a v supratekutom héliu pri templote 20 mK. Rezonančné vlastnosti MEMS vo vákuu prejavovali nelineárne správanie. Píky merané na nízkych budiacich napätiach prejavovali, tzv. frequency soft- ening, a naopak píky merané na vysokých budiacich napätiach prejavovali frequency hardening. Ukázali sme, že pôvod týchto nelinearít pochádza v geometrii MEMS-ov. Ďalej sme zistili, že zariadenia sú supravodivé v magnetickom poli 12.6 mT a vo vyšších poliach sú v resistivnom stave. V rozmedzí 37.8-504 mT sa rezonančné vlastnosti MEMS- ov výrazne nemenia. Následne sme dokázali, že pohyb MEMS-ov v supratekutom héliu je silno tlmený a všetky body boli namerané v turbulentnom režime. Z výsledkov tejto práce vyplíva, že MEMS zariadenia môžu byť použité na generáciu kvantovej turbulencie alebo ako jej vysoko efektívna sonda. 1