1. Introducción
1.3. Planteamiento de la tesis
En esta tesis se ha estudiado la dinámica de vórtices en superconductores nanoestructurados, profundizando en su relación con las longitudes características del superconductor. La tesis se ha organizado de la siguiente manera:
Capítulo 1. El presente capítulo, en el que se han introducido los conceptos básicos de superconductividad y dinámica de vórtices.
Capítulo 2. Se exponen las diversas técnicas de fabricación y caracterización que se han usado en esta tesis.
Capítulo 3: Se estudia la dinámica de vórtices en el superconductor anisótropo NbSe2, utilizando diversas configuraciones de medida que permiten mover los vórtices de diferentes maneras. Mediante medidas V-I se analiza en primer lugar la dependencia de la corriente crítica con el ángulo formado entre el campo magnético y el eje de anisotropía, y posteriormente el comportamiento al variar el ángulo entre campo y corriente, profundizando en el caso en el que ambos son paralelos (configuración sin fuerza de Lorentz)
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Capítulo 4. En él se analizan diversos aspectos de la dinámica de vórtices en sistemas con pinning periódico, analizando los distintos mecanismos de anclaje de vórtices y su relación con las longitudes características del superconductor. Este capítulo se ha dividido en tres partes:
o Primera parte: se analizan las propiedades de transporte de estos sistemas cuando lo longitud de coherencia se vuelve comparable a la distancia entre centros de anclaje, analizando bajo qué condiciones se observa un régimen de red de hilos superconductores (“superconducting wire network”).
o Segunda parte: se estudia el efecto del magnetismo de los dots sobre el anclaje de los vórtices intersticiales, analizando el efecto del campo de fugas sobre la longitud de penetración.
o Tercera parte: se investigan los efectos de memoria en las propiedades de transporte causados por nanoestructuras magnéticas
Capítulo 5. La competición entre tensiones elásticas, potenciales de anclaje y energía térmica da lugar a diversas fases de vórtices cerca de la temperatura crítica. El desorden frustra el orden a largo alcance de la red de Abrikosov, reduciendo la longitud de correlación y formando un vidrio de vórtices. Las fluctuaciones térmicas pueden destruir totalmente las correlaciones formando un líquido de vórtices.
En este capítulo se estudia la interacción entre potenciales periódicos de
pinning y las distintas fases de vórtices. Se discute cómo la anisotropía de
la red de centros de anclaje afecta estas fases, induciendo orden esméctico en determinadas condiciones.
Capítulo 6. Se estudia la dinámica de redes de vórtices y antivórtices sometidas a potenciales asimétricos de pinning, en una red de triángulos con anisotropía magnética fuera del plano. Se analiza la naturaleza de los efectos ratchet y de conmensurabilidad en este sistema, y su dependencia con el estado magnético de los triángulos. Se discuten también potenciales aplicaciones de este sistema como dispositivo de memoria o sensor de campo.
Capítulo 7: Capítulo de conclusiones, donde se resumen los principales resultados de la tesis.
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Referencias:
[1]
Kamerlingh Onnes, H., "Further experiments with liquid helium. D. On the change of electric resistance of pure metals at very low temperatures, etc. V. The disappearance of the resistance of mercury." Comm. Phys. Lab.Univ. Leiden, 122b (1911); H. Togalla and P.H. Kes, “100 years of
superconductivity”, CRC Press (2011).
[2]
W. Meissner and W.R. Ochsenfeld, “Ein neuer effect bei eintritt der supraleitfaehigkeit”, Naturwissenchaften, 21, 787 (1933).[3]
F. London and H. London, "The Electromagnetic Equations of the Supraconductor", Proceedings of the Royal Society A: Mathematical,Physical and Engineering Sciences, 149, 866 (1935).
[4]
J. N. Rjabinin and L.W. Schubnikow, “Magnetic properties and critical currents of supra-conducting alloys”, Nature, 135, 581 (1935).[5]
V.L. Ginzburg and L.D. Landau, “On the theory of superconductivity”, Zh. Eksp.Teor. Fiz. 20, 1064 (1950).
[6]
M. Tinkham, “Introduction to Superconductivity”, Dover (2006).[7]
B.S. Deaver and W.M. Fairbank, “Experimental evidence for quantized flux in superconducting cylinders”, Phys. Rev. Lett., 7, 43 (1961).[8]
A.A. Abrikosov, “On the magnetic properties of superconductors of the second group”, Soviet Physics - JETP, 5, 1174 (1957).[9]
H.F. Hess, R.B. Robinson, R.C. Dynes, J.M. Valles and J.V. Waszczak, “Scanning tunneling microscope observation of the Abrikosov Flux Lattice and the density of states near and inside a fluxoid”, Phys. Rev. Lett., 62, 214 (1989).[10]
A. Oral, S.J. Bending, R.G. Humphreys and M. Henini, “Microscopic measurement of penetration depth in YBa2Cu3O7-d thin films by scanning Hall probe microscopy”, Supercond. Sci. Technol., 10, 17 (1997).[11]
U. Essmann and H. Trauble, “The direct observation of individual flux lines in type II superconductors”, Physics Letters, 24A, 526 (1967).[12]
K. Harada, O. Kamimura, H. Kasai, T. Matsuda, A. Tonomura and V.V. Moshchalkov, “Direct observation of vortex dynamics in superconducting films with regular arrays of defects”, Science, 274, 1167 (1996).[13]
J. Bardeen, L.N. Cooper and J.R. Schrieffer, "Microscopic Theory of Superconductivity", Physical Review, 106,162 (1957).[14]
L.P. Gor'kov, “Microscopic derivation of the Ginzburg-Landau equations in the theory of. superconductivity”, Soviet Physics - JETP 9, 1364 (1959).[15]
J.G. Bednorz and K.A. Müller, "Possible high Tc superconductivity in the19
[16]
M.K.Wu, J.R. Ashburn, C.J. Torng, P.H. Hor, R.L. Meng, L. Gao, Z.J. Huang, Y.Q. Wang, and C.W. Chu, "Superconductivity at 93 K in a NewMixed-Phase Y-Ba-Cu-O Compound System at Ambient
Pressure". Physical Review Letters, 58, 908 (1987).
[17]
Y. Kamihara, H. Hiramatsu, M. Hirano, R. Kawamura, H. Yanagi, T. Kamiya, and H. Hosono, "Iron-Based Layered Superconductor: LaOFeP". J.Am. Chem. Soc., 128, 10012 (2006).
[18]
B.D. Josephson, ”Potential differences in the mixed state of type II superconductors”, Phys. Lett., 16, 242 (1965).[19]
J. Bardeen and M.J. Stephen, “Theory of the motion of vortices in superconductors”, Phys. Rev., 140, A1197 (1965).[20]
A.M. Campbell and J.E. Evetts, “Flux vortices and transport currents in type II superconductors”, Adv. in Physics, 21, 199 (1972).[21]
L.N. Cooper, “Superconductivity in the Neighborhood od metallic contacts”,Phys. Rev. Lett., 6, 689 (1961).
[22]
M. Baert, V.V. Metlushko, R. Jonckheere, V.V Moshchalkov and Y. Bruynseraede,”Composite flux-line lattices stabilized in superconducting films by a regular array of artificial defects”, Phys. Rev. Lett., 74, 3269 (1995); J.I. Martin, M. Vélez, J. Nogués and I.K. Schuller, “Flux pinning in a superconductor by an array of submicrometer magnetic dots”, Phys. Rev.Lett., 79, 1929 (1997).
[23]
C.S. Lee, B. Janko, I. Derenvi and A.L. Barabasi,”Reducing vortex density in superconductors using the ratchet effect”, Nature, 400, 337 (1999).[24]
J.E. Villegas, S. Savel’ev, F. Nori, E.M. González, J.V. Anguita, R. Garcíaand J.L. Vicent, “A superconducting reversible rectifier that controls the motion of magnetic flux quanta”, Science, 302, 1188 (2003).
[25]
J.E. Villegas, K.D. Smith, L. Huang, Y. Zhu, R. Morales and I.K. Schuller, “Switchable collective pinning of flux quanta using magnetic vortex arrays: experiments on square arrays of Co dots on thin superconducting films”,Phys. Rev. B, 77, 134510 (2008); A. Gómez, D. Gilbert, E.M. González, Kai
Liu and J.L. Vicent, “Control of dissipation in superconducting films by magnetic stray fields”, Appl. Phys. Lett., 102, 052601 (2013).
[26]
J.S. Neal, M.V. Milosevic, S.J. Bending, A. Potenza, L. San Emeterio and C.H. Marrows, “Competing symmetries and broken bonds in superconducting vortex-antivortex molecular crystals”, Phys. Rev. Lett., 99, 127001 (2007).[27]
M. Lange, M.J. Van Bael, Y. Bruynseraede and V.V. Moshchalkov, “Nanoenginnered Magnetic-Field-Induced superconductivity”, Phys. Rev.20