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Título de Acceso Abierto
Anclaje artificial e intrínseco en películas superconductoras nanoestructuradas
Claudio Ezequiel Chiliotte Victoria Bekeris
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Resumen/Descripción – provisto por el repositorio digital
El uso de superconductores en aplicaciones tecnológicas depende del control de algunos parámetros como la corriente crítica, la magnetización y la susceptibilidad magnética. Todos estos parámetros están fuertemente ligados a las fuerzas de anclaje que el material ejerza sobre los vórtices superconductores. Adicionalmente, los vórtices en materiales superconductores sometidos a potenciales de anclaje constituyen un sistema complejo análogo a otros de distintos orígenes como las ondas de densidad de carga, ondas de spin, coloides y capas atómicas adsorbidas en sustratos. Sin embargo, los vórtices conforman un marco ideal para el estudio de este tipo de sistemas debido a la sencillez para controlar las variables involucradas: las constantes elásticas se modifican variando el campo magnético (distancia relativa entre vórtices) y las longitudes características que gobiernan la interacción entre vórtices, y entre estos con cada centro de anclaje, se varían modificando la temperatura. Por estas razones, el efecto de los centros de anclaje artificiales sobre el comportamiento de la red de vórtices en materiales superconductores ha sido objeto de numerosas e intensas investigaciones en las últimas décadas. En los últimos años se han obtenido muestras que proveen centros de anclaje ordenados periódicamente en la escala submicrométrica. Estas muestras han sido sometidas a numerosos experimentos, y sus resultados contrastados con simulaciones numéricas en base a diversos modelos. La confluencia de intereses científicos y tecnológicos ha mantenido muy activa esta área del conocimiento que aun cuenta con numerosos problemas por resolver. En este trabajo se estudió la dinámica de la red de vórtices en distintas películas superconductoras provistas por colaboradores. Todas las películas superconductoras estudiadas son de Niobio (Nb) y cuentan con centros de anclaje intrínsecos. Estos centros de anclaje se hallan distribuidos al azar y se generan inevitablemente durante el proceso de fabricación. Adicionalmente, las películas estudiadas fueron provistas de centros de anclaje artificiales de distinto origen y ordenados de diferentes maneras. El objetivo de esta tesis fue el estudio de la competencia entre el anclaje intrínseco al azar y el anclaje artificial periódico, el efecto de las diferentes simetrías del potencial de anclaje periódico (triangular, cuadrado, rectangular) y el comportamiento de la red de vórtices frente a potenciales periódicos repulsivos o atractivos generados por heteroestructuras superconductoras. En el capítulo 1 se ofrece una introducción sobre algunos aspectos teóricos de la superconductividad necesarios para el análisis de las muestras estudiadas. Las técnicas de medición utilizadas en este trabajo fueron la susceptibilidad ac y la magnetización dc. El capítulo 2 está dedicado a una breve descripción de las mismas. En el capítulo 3 se analiza una película de Nb con una red triangular de poros (con parámetro de red 100 nm) y otra similar pero sin ninguna estructura artificial particular. Se verifica que en la película sin estructuración existe un anclaje de la red de vórtices proveniente de los centros intrínsecos de esta muestra. Por otro lado, se verificó que en la película porosa la corriente crítica de la misma aumenta anómalamente cuando el campo magnético aplicado produce una cantidad de vórtices que es un múltiplo entero del número de poros existentes. Finalmente, se identificó a este efecto de conmensuración con un aumento en la eficiencia en el anclaje de la red debido a los poros. En el capítulo 4 del trabajo se agregó al análisis una película de Nb con inclusiones de Hierro (Fe). Esas inclusiones tienen tamaño y distribución similares a los poros de la película porosa. Se encontró que en ambas muestras existe una competencia entre los potenciales de anclaje artificiales (inclusiones de Fe y poros) y los intrínsecos del Nb. Se concluyó que esta competencia es la responsable de un comportamiento magnético histerético por debajo de cierta temperatura reducida (aproximadamente 0.75). En el capítulo 5 se estudió una película de Nb con inclusiones de tamaño y distribución similares a las anteriores, pero en este caso el material fue Vanadio (V). El V se torna superconductor a una temperatura inferior a la del Nb. Por lo tanto, a bajas temperaturas, las inclusiones funcionan como centros de anti-anclaje que repelen a los vórtices. Para temperaturas superiores a la crítica del V pero inferiores a la crítica del Nb, el V tiene un comportamiento metálico y las inclusiones cumplen la función de centros de anclaje. En ambos regímenes se encontraron efectos de conmensuración. En el régimen de bajas temperaturas el anclaje de la red se explica por un efecto de enjaulamiento de los vórtices que son repelidos por las inclusiones de V. Se encontró que el anclaje de la red por enjaulamiento a bajas temperaturas es más eficiente que el producido por efectos de anclaje a altas temperaturas. En las muestras de los capítulos 3, 4 y 5, la geometría (triangular) de la distribución de los centros de anclaje era coincidente con la geometría de una red de vórtices en total ausencia de anclaje. En el capítulo 6 se trabajó con dos películas de Nb con inclusiones de Níquel (Ni), pero en este caso la distribución de los centros de anclaje artificiales no fue triangular sino cuadrada (con parámetro de red 400 nm) y rectangular (parámetros de red 400 nm y 600 nm). En la muestra con distribución cuadrada se observaron claros efectos de conmensuración y una evolución en la movilidad de la red dependiente del campo aplicado que coincide con predicciones obtenidas a partir simulaciones numéricas. En el caso de la muestra con geometría rectangular no se observó el cambio de régimen en los efectos de conmensuración encontrado anteriormente por otros autores en experimentos de transporte e incluso algunos órdenes parecen haberse perdido. Se concluyó que esto es debido a la distribución azimutal de las corrientes inducidas en las mediciones de susceptibilidad ac, en contraste con la distribución unidireccional en los experimentos de transporte. De esta manera se examinaron diversos aspectos vinculados al anclaje de la red de vórtices por centros periódicos submicrométricos, en particular la competencia a bajas temperaturas con el desorden intrínseco, el anclaje por enjaulamiento repulsivo vs fuerzas atractivas y los efectos de la simetría del potencial de anclaje en experimentos de susceptibilidad ac.Palabras clave – provistas por el repositorio digital
PELICULAS SUPERCONDUCTORAS; ANCLAJE DE VORTICES; NANOESTRUCTURAS; PROPIEDADES MAGNÉTICAS; SUSCEPTIBILIDAD AC; SUPERCONDUCTING FILMS; VORTEX PINNING; NANO-STRUCTURES; MAGNETIC PROPERTIES; AC SUSCEPTIBILITY
Disponibilidad
| Institución detectada | Año de publicación | Navegá | Descargá | Solicitá |
|---|---|---|---|---|
| No requiere | 2015 | Biblioteca Digital (FCEN-UBA) (SNRD) |
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Información
Tipo de recurso:
tesis
Idiomas de la publicación
- español castellano
País de edición
Argentina
Fecha de publicación
2015-06-11
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