Propiedades superconductoras

Superconductividad multibanda

El NbSe2 se caracteriza por transitar a estado superconductor a una temperatura

de 7.2K. La realización de medidas macroscópicas de calor especíco y conductividad térmica, [57, 58, 59], pusieron de maniesto la existencia de una cierta anisotropía de las propiedades superconductoras en este material, indicando la presencia de al menos dos valores distintos de gap en la supercie de Fermi. Dicho carácter anisótropo se puso también de maniesto con medidas de transmisión de la luz en películas delgadas de NbSe2 de espesores entre 20 y 60 nm [66] que daban valores para el gap de 1.1meV, y

medidas de uniones túnel [67] que proporcionaban un valor de 0.7meV.

En experimentos realizados con STM [68] se mostró que la densidad de estados del NbSe2no se correspondía con la esperada según la teoría BCS para un gap isótropo.

Años más tarde, mediante medidas de espectroscopía de fotoemisión resulta en ángulo (ARPES) [69], que dan información resuelta en el espacio de momentos acerca de la distribución de valores del gap en la supercie de Fermi, se obtuvo que, a una temperatura de 5.3K existían valores del gap próximos a 1meV en las capas de la supercie de Fermi que derivan del niobio, mientras que, ciertos puntos estudiados de la capa de la supercie de Fermi derivada del selenio, no mostraban presencia alguna de superconductividad. En el LBTUAM [60], mediante medidas de espectroscopía túnel

con STM, se obtuvo que una distribución de gaps con valores comprendidos entre 0.6-1.4 meV daba lugar a la densidad de estados correspondiente al NbSe2 a una temperatura

de 0.3K. En dicho experimento, se observó que la contribución de los gaps más pequeños a la distribución, se hacía nula por encima de una temperatura de 5K. A partir de dicha temperatura aparecía una contribución normal, sin gap, a la densidad total de estados, lo que estaría en total acuerdo con los experimentos de ARPES mencionados anteriormente.

En un reciente trabajo [70], el mismo grupo que realizó las medidas de ARPES, incluyó un análisis en más zonas del espacio de momentos, gura 5.4. Observaron que puntos en el espacio de momentos que presentaban un valor máximo del gap superconductor estaban directamente conectados por el vector de CDW. Dichos puntos también presentaban un acoplamiento electrón-fonón mayor, por lo que, se pone de maniesto que la CDW podría favorecer la superconductividad.

Figura 5.4: Mapa de los valores del gap superconductor para distintos k en la supercie de Fermi obtenido por Kiss et. al [70].

Red de vórtices

El NbSe2 es un superconductor de tipo II y, como tal, al aplicar un campo

magnético, H, aparece el denominado estado mixto o de vórtices. Los primeros experimentos realizados para el estudio de la red de vórtices en NbSe2 fueron llevados

punta normal, obtuvieron la red de vórtices en NbSe2 a una temperatura de 1.8K.

Observaron que, en el centro del vórtice, la densidad de estados no era plana, sino que presentaba un acusado pico a voltaje nulo. Esta anomalía fue considerada en 1964 por Caroli, de Gennes y Matricon [22] quienes predijeron la presencia de estados localizados de cuasipartículas en el interior del vórtice. Dentro del vórtice, el parámetro de orden superconductor, ∆(r), se anula recuperando su valor ∆0 (valor del gap a campo

magnético nulo) asintóticamente a una distancia del orden de la longitud de coherencia, ξ, del mismo. Esta variación espacial del parámetro de orden superconductor da lugar a una situación equivalente de un pozo de potencial para las cuasipartículas.

Después de este experimento de H.F. Hess se llevaron a cabo varios estudios teóricos sobre la estructura electrónica del vórtice. Tal y como se señaló en el capítulo 2, J.D. Shore et al. [23] predijeron que al medir el espectro a cierta distancia del centro del vórtice aparecerían picos a voltajes cada vez mayores, que se corresponderían con estados localizados a energías mayores. Se puede decir que en cierto modo la posición en energía a la que aparece el estado localizado nos está dando información sobre la propia forma del pozo de potencial.

H.F. Hess et al. [71] repitieron sus experimentos a temperaturas inferiores, 50 mK, para conseguir una mejor resolución en energía y conrmaron que, efectivamente, el pico del estado localizado se desplazaba hacia energías mayores a medida que se alejaba del centro del vórtice (ver gura 5.5). Sin embargo, surgió un nuevo misterio: en esos últimos experimentos, H.F. Hess et al. observaron que si elaboraban una imagen de espectroscopía a voltaje cero (correspondiente a energía igual a EF) los vórtices

presentaban una peculiar forma de estrella, en vez de la esperada simetría axial. Además, encontraron que, a valores voltajes intermedios (correspondientes a valores entre EF

y ∆) se obtenía también la peculiar forma de estrella pero rotada 30o _{respecto a su}

orientación a voltaje cero.

F. Gygi y M. Schlüter [72] calcularon de forma auto-consistente la estructura electrónica de un vórtice aislado mediante el formalismo de Bogolobiuv-de Gennes. Aunque dicho trabajo demuestra ciertas características de los resultados experimentales obtenidos por H.F. Hess, deja interrogantes sobre la relación de la mencionada forma de estrella y las variaciones anisótropas de la densidad de estados. Dicha relación se ha intentado explicar en términos de interacciones vórtice-vórtice [73], por la anisotropía del gap [74], de la anisotropía de supercie de Fermi o como una combinación de todos estos efectos [75] incluso se ha especulado sobre el posible papel que desempeñaría la onda de densidad de carga.

Figura 5.5: a) Mapas de conductancia a voltajes 0, 0.24 y 0.48 mV respectivamente para un campo aplicado de 100 mT obtenidos por H.F. Hess et al. [71]. En la imagen de espectroscopía correspondiente a 0mV se puede observar la peculiar forma de estrella. En la imagen correspondiente a 0.48mV los rayos de la estrella aparecen girados 30o _{respecto a la orientación obtenida en la correspondiente a 0mV.}

b) Estados electrónicos ligados en el núcleo del vórtice. En el centro del vórtice (0Å) se observa un pico situado a 0mV, a medida que la distancia al centro aumenta, los picos se desplazan hacia voltajes mayores.

En nuestro estudio de la red de vórtices vamos a analizar el problema teniendo en cuenta el carácter multibanda presente en el NbSe2.