Scanning superconducting quantum interference device microscopy (SSM) is a scanning probe technique that images local magnetic flux, which allows for mapping of magnetic fields with high field and spatial accuracy. Many studies involving SSM have been published in the last few decades, using SSM to make qualitative statements about magnetism. However, quantitative analysis using SSM has received less attention. In this work, we discuss several aspects of interpreting SSM images and methods to improve quantitative analysis. First, we analyse the spatial resolution and how it depends on several factors. Second, we discuss the analysis of SSM scans and the information obtained from the SSM data. Using simulations, we show how signals evolve as a function of changing scan height, SQUID loop size, magnetization strength, and orientation. We also investigated 2-dimensional autocorrelation analysis to extract information about the size, shape, and symmetry of magnetic features. Finally, we provide an outlook on possible future applications and improvements.
REFERENCES
1.
J. R.
Kirtley
and J. P.
Wikswo
, Annu. Rev. Mater. Sci.
29
, 117
(1999
).2.
J. E.
Lenz
, Proc. IEEE
78
, 973
(1990
).3.
D.
Robbes
, Sens. Actuators, A
129
, 86
(2006
).4.
A. M.
Chang
, H. D.
Zallen
, L.
Harriott
, H. F.
Hess
, H. L.
Kao
, J.
Kwo
, R. E.
Miller
, R.
Wolfe
, and J.
van der Ziel
, Appl. Phys. Lett.
61
, 1974
(1992
).5.
G.
Balasubramanian
, I. Y.
Chan
, R.
Kolesov
, M.
Al-Hmoud
, J.
Tisler
, C.
Shin
, C.
Kim
, A.
Wojcik
, P. R.
Hemmer
, A.
Krueger
, T.
Hanke
, A.
Leitenstorfer
, R.
Bratschitsch
, F.
Jelezko
, and J.
Wrachtrup
, Nature
455
, 648
(2008
).6.
J. R.
Maze
, P. L.
Stanwix
, J. S.
Hodges
, S.
Hong
, J. M.
Taylor
, P.
Cappellaro
, L.
Jiang
, M. V. G.
Dutt
, E.
Togan
, A. S.
Zibrov
, A.
Yacoby
, R. L.
Walsworth
, and M. D.
Lukin
, Nature
455
, 644
(2008
).7.
S.
Imada
, S.
Suga
, W.
Kuch
, and J.
Kirschner
, Surf. Rev. Lett.
9
, 877
(2002
).8.
J.
Kerr
, Philos. Mag. Ser. 5
3
, 321
(1877
).9.
J.
Kerr
, Philos. Mag. Ser. 5
5
, 161
(1878
).10.
F. P.
Rogers
, M.S. thesis, MIT
, 1983
.11.
K. H.
Kuit
, J. R.
Kirtley
, W.
van der Veur
, C. G.
Molenaar
, F. J. G.
Roesthuis
, A. G. P.
Troeman
, J. R.
Clem
, H.
Hilgenkamp
, H.
Rogalla
, and J.
Flokstra
, Phys. Rev. B
77
, 134504
(2008
).12.
K. A.
Moler
, J. R.
Kirtley
, R.
Liang
, D.
Bonn
, and W. N.
Hardy
, Phys. Rev. B
55
, 12753
(1997
).13.
Y.
Matsumoto
, M.
Murakami
, T.
Shono
, T.
Hasegawa
, T.
Fukumura
, M.
Kawasaki
, P.
Ahmet
, T.
Chikyow
, S.-Y.
Koshihara
, and H.
Koinuma
, Science
291
, 854
(2015
).14.
T.
Fukumura
, M.
Ohtani
, M.
Kawasaki
, Y.
Okimoto
, T.
Kageyama
, T.
Koida
, T.
Hasegawa
, Y.
Tokura
, and H.
Koinuma
, Appl. Phys. Lett.
77
, 3426
(2000
).15.
C.
Paulsen
, D. J.
Hykel
, K.
Hasselbach
, and A.
Aoki
, Phys. Rev. Lett.
109
, 237001
(2012
).16.
X. R.
Wang
, C. J.
Li
, W. M.
Lü
, T. R.
Paudel
, D. P.
Leusink
, M.
Hoek
, N.
Poccia
, A.
Vailionis
, T.
Venkatesan
, J. M. D.
Coey
, E. Y.
Tsymbal
, Ariando
, and H.
Hilgenkamp
, Science
349
, 716
(2015
).17.
Y.
Anahory
, L.
Embon
, C. J.
Li
, S.
Banerjee
, A.
Meltzer
, H. R.
Naren
, A.
Yakovenko
, J.
Cuppens
, Y.
Myasoedov
, M. L.
Rappaport
, M. E.
Huber
, K.
Michaeli
, T.
Venkatesan
, Ariando
, and E.
Zeldov
, Nat. Commun.
7
, 12566
(2016
).18.
L. A.
Knauss
, A. B.
Cawthorne
, N.
Lettsome
, S.
Kelly
, S.
Chatraphorn
, E. F.
Fleet
, F. C.
Wellstood
, and W. E.
Vanderlinde
, Microelectron. Reliab.
41
(8
), 1211
(2001
).19.
K.
Koyanagi
, T.
Kiss
, M.
Inoue
, T.
Nakamura
, K.
Imamura
, M.
Takeo
, and Y.
Shiohara
, Phys. C
445–448
, 677
(2006
).20.
M.
Freitag
, J. C.
Tsang
, J. R.
Kirtley
, A.
Carlsen
, J.
Chen
, A. G. P.
Troeman
, H.
Hilgenkamp
, and P.
Avouris
, Nano Lett.
6
, 1425
–1433
(2006
).21.
C. W.
Hicks
, T. M.
Lippman
, M. E.
Huber
, J. G.
Analytis
, J.-H.
Chu
, A. S.
Erickson
, I. R.
Fisher
, and K. A.
Moler
, Phys. Rev. Lett.
103
, 127003
(2009
).22.
C. W.
Hicks
, T. M.
Lippman
, M. E.
Huber
, Z.-A.
Ren
, J.
Yang
, Z.-X.
Zhao
, and K. A.
Moler
, J. Phys. Soc. Jpn.
78
, 013708
(2009
).23.
M. E.
Huber
, N. C.
Koshnick
, H.
Bluhm
, L. J.
Archuleta
, T.
Azua
, P. G.
Björnsson
, B. W.
Gardner
, S. T.
Halloran
, E. A.
Lucero
, and K. A.
Moler
, Rev. Sci. Instrum.
79
, 053704
(2008
).24.
H.
Hilgenkamp
, Ariando
, H.-J. H.
Smilde
, D. H. A.
Blank
, G.
Rijnders
, H.
Rogalla
, J. R.
Kirtley
, and C. C.
Tsuei
, Nature
422
, 50
(2003
).25.
J. R.
Kirtley
, C. C.
Tsuei
, J. Z.
Sun
, C. C.
Chi
, L. S.
Yu-Jahnes
, A.
Gupta
, M.
Rupp
, and M. B.
Ketchen
, Nature
373
, 225
–228
(1995
).26.
C. C.
Tsuei
, J. R.
Kirtley
, M.
Rupp
, J. Z.
Sun
, A.
Gupta
, M. B.
Ketchen
, C. A.
Wang
, Z. F.
Ren
, J. H.
Wang
, and M.
Bushan
, Science
271
, 329
–332
(1996
).27.
J. A.
Bert
, B.
Kalisky
, C.
Bell
, M.
Kim
, Y.
Hikita
, H. Y.
Hwang
, and K. A.
Moler
, Nat. Phys.
7
, 767
(2011
).28.
B.
Kalisky
, J. A.
Bert
, C.
Bell
, Y.
Xie
, H. K.
Sato
, M.
Hosoda
, Y.
Hikita
, H. Y.
Hwang
, and K. A.
Moler
, Nano Lett.
12
, 4055
(2012
).29.
L.
Abelmann
, S.
Porthun
, M.
Haast
, C.
Lodder
, A.
Moser
, M. E.
Best
, P. J. A.
van Schendel
, B.
Stiefel
, H. J.
Hug
, G. P.
Heydon
, A.
Farley
, S. R.
Hoon
, T.
Pfaffelhuber
, R.
Proksch
, and K.
Babcock
, J. Magn. Magn. Mater.
190
, 135
(1998
).30.
D.
Wulferding
, I.
Yang
, J.
Yang
, M.
Lee
, H. C.
Choi
, S. L.
Bud’ko
, P. C.
Canfield
, H. W.
Yeom
, and J.
Kim
, Phys. Rev. B
92
, 014517
(2015
).31.
A.
Finkler
, Y.
Segev
, Y.
Myasoedov
, M. L.
Rappaport
, L.
Ne’eman
, D.
Vayukov
, E.
Zeldov
, M. E.
Huber
, J.
Martin
, and A.
Yacoby
, Nano Lett.
10
, 1046
(2010
).32.
N. C.
Koshnick
, M. E.
Huber
, J. A.
Bert
, C. W.
Hicks
, J.
Large
, H.
Edwards
, and K. A.
Moler
, Appl. Phys. Lett.
93
, 243101
(2008
).33.
J. R.
Kirtley
, L.
Paulius
, A. J.
Rosenberg
, J. C.
Palmstrom
, C. M.
Holland
, D.
Schiessl
, C. L.
Jermain
, J.
Gibbons
, Y. K. K.
Fung
, M. E.
Huber
, D. C.
Ralph
, M. B.
Ketchen
, G. W.
Gibson
, and K. A.
Moler
, Rev. Sci. Instrum.
87
, 093702
(2016
).34.
G.
Campi
, A.
Bianconi
, N.
Poccia
, G.
Bianconi
, L.
Barba
, G.
Arrighetti
, D.
Innocenti
, J.
Karpinski
, N. D.
Zhigadlo
, S. M.
Kazakov
, M.
Burghammer
, M. V.
Zimmermann
, M.
Sprung
, and A.
Ricci
, Nature
525
, 359
(2015
).35.
J.
Clarke
and A. I.
Braginski
, The SQUID Handbook
(Wiley-VCH GmbH
, Darmstadt
, 2004
), Vol. 1.36.
J. R.
Kirtley
, M. B.
Ketchen
, K. G.
Stawiasz
, J. Z.
Sun
, W. J.
Gallagher
, S. H.
Blanton
, and S. J.
Wind
, Appl. Phys. Lett.
66
, 1138
(1995
).37.
M. B.
Ketchen
and J. R.
Kirtley
, IEEE Trans. Appl. Supercond.
5
, 2133
(1995
).38.
C. C.
Tsuei
and J. R.
Kirtley
, Rev. Mod. Phys.
72
, 969
(2000
).39.
C. P.
Foley
and H.
Hilgenkamp
, Supercond. Sci. Technol.
22
, 064001
(2009
).40.
R. L.
Fagaly
, Rev. Sci. Instrum.
77
, 101101
(2006
).41.
J.
Dechert
, M.
Mueck
, and C.
Heiden
, IEEE Trans. Appl. Supercond.
9
, 4111
(1999
).42.
E. F.
Fleet
, S.
Chatraphorn
, F. C.
Wellstood
, L. A.
Knauss
, and S. M.
Green
, Rev. Sci. Instrum.
72
, 3281
(2001
).43.
A. K.
Pradhan
, J. B.
Dadson
, D.
Hunter
, K.
Zhang
, S.
Mohanty
, E. M.
Jackson
, B.
Lasley-Hunter
, K.
Lord
, T. M.
Williams
, R. R.
Rakhimov
, J.
Zhang
, D. J.
Sellmyer
, K.
Inaba
, T.
Hasegawa
, S.
Mathews
, B.
Joseph
, B. R.
Sekhar
, U. N.
Roy
, Y.
Cui
, and A.
Burger
, J. Appl. Phys.
100
033903
(2006
).44.
A.
Harada
, T.
Taniyama
, Y.
Takeuchi
, T.
Sato
, T.
Kyômen
, and M.
Itoh
, Phys. Rev. B
75
, 184426
(2007
).45.
K. C.
Nowack
, E. M.
Spanton
, M.
Baenninger
, M.
König
, J. R.
Kirtley
, B.
Kalisky
, C.
Ames
, P.
Leubner
, C.
Brüne
, H.
Buhmann
, L. W.
Molenkamp
, D.
Goldhaber-Gordon
, and K. A.
Moler
, Nat. Mater.
12
, 787
(2008
).46.
M.
Adamo
, C.
Nappi
, and E.
Sarnelli
, Meas. Sci. Technol.
19
, 015508
(2008
).47.
B. W.
Gardner
, J. C.
Wynn
, P. G.
Björnsson
, E. W. J.
Straver
, K. A.
Moler
, J. R.
Kirtley
, and M. B.
Ketchen
, Rev. Sci. Instrum.
72
, 2361
(2001
).48.
A. I.
Gubin
, K. S.
Il’in
, S. A.
Vitusevich
, M.
Siegel
, and N.
Klein
, Phys. Rev. B
72
, 064503
(2005
).49.
P. L.
Gammel
, D. J.
Bishop
, G. J.
Dolan
, J. R.
Kwo
, C. A.
Murray
, L. F.
Schneemeyer
, and J. V.
Waszczak
, Phys. Rev. Lett.
59
, 2592
(1987
).50.
C.
Chatfield
, The Analysis of Time Series: An Introduction
, 6th ed. (Chapman & Hall/CRC
, 2003
).51.
M. B.
Ketchen
, D. D.
Awschalom
, W. J.
Gallagher
, A. W.
Kleinsasser
, R. L.
Sandstrom
, J. R.
Rozen
, and B.
Bumble
, IEEE Trans. Magn.
25
, 1212
(1989
).52.
A. G. P.
Troeman
, H.
Derking
, B.
Borger
, J.
Pleikies
, D.
Veldhuis
, and H.
Hilgenkamp
, Nano Lett.
7
, 2152
(2007
).53.
L.
Hao
, J. C.
Macfarlane
, J. C.
Gallop
, D.
Cox
, J.
Beyer
, D.
Drung
, and T.
Schurig
, Appl. Phys. Lett.
92
, 192507
(2008
).54.
R.
Russo
, E.
Esposito
, C.
Granata
, A.
Vettoliere
, M.
Russo
, C.
Cannas
, D.
Peddis
, and D.
Fiorani
, Phys. Procedia
36
(36
), 293
(2012
).55.
J.-P.
Cleuziou
, W.
Wernsdorfer
, V.
Bouchiat
, T.
Ondarçuhu
, and M.
Monthioux
, Nat. Nanotechnol.
1
, 53
(2006
).56.
F. C.
Wellstood
, Y.
Gim
, A.
Amar
, R. C.
Black
, and A.
Mathai
, IEEE Trans. Appl. Supercond.
7
, 3134
(1997
).57.
T. S.
Lee
, E.
Dantsker
, and J.
Clarke
, Rev. Sci. Instrum.
67
, 4208
(1996
).58.
M.
Hayashi
, T.
Kaiwa
, H.
Ebisawa
, Y.
Matsushima
, M.
Shimizu
, K.
Satoh
, T.
Yotsuya
, and T.
Ishida
, Phys. C
468
, 801
(2008
).59.
B. J.
Roth
, N. G.
Sepulveda
, and J. P.
Wikswo
, J. Appl. Phys.
65
, 361
(1989
).60.
P.
Campisi
and K.
Egiazarian
, Blind Image Deconvolution
, 1st ed. (CRC Press
, United States
, 2007
).61.
J. L.
Starck
, E.
Pantin
, and F.
Murtagh
, Publ. Astron. Soc. Pac.
114
, 1051
(2002
).62.
W.
Wallace
, L. H.
Schaefer
, and J. R.
Swedlow
, BioTechniques
31
, 1076
(2001
), available at https://www.biotechniques.com/multimedia/archive/00010/01315bi01_10080a.pdf.63.
R. W.
Cole
, T.
Jinadasa
, and C. M.
Brown
, Nat. Protoc.
6
, 1929
(2011
).64.
P. A.
Jansson
, Deconvolution of Images and Spectra
, 2nd ed. (Dover Publications, Inc.
, USA
, 1997
).65.
Z.
Cui
, J. R.
Kirtley
, Y.
Wang
, P. A.
Kratz
, A. J.
Rosenberg
, C. A.
Watson
, G. W.
Gibson
, M. B.
Ketchen
, and K. A.
Moler
, Rev. Sci. Instrum.
88
, 083703
(2017
).© 2017 Author(s).
2017
Author(s)
You do not currently have access to this content.
