Efectos mesoscópicos y longitudes características en sistemas superconductores

Resumen

En esta tesis se han estudiado varios efectos en el estado mixto de superconductores en el régimen mesoscópico: cuando están nanoestructurados con tamaños comparables a las longitudes características del superconductor: la longitud coherente y de penetración. Se han utilizado dos tipos de superconductores y dos modos de introducir la nanoestructuración: monocristales laminares, nanoestructurados en sí mismos; y películas delgadas, en las que se han introducido artificialmente patrones de defectos no superconductores de los tamaños adecuados. Para ello se han crecido y nanoestructurado películas superconductoras mediante diversas técnicas de nanofabricación, con el fin de generar potenciales artificiales de anclaje de vórtices. Se han estudiado diversos fenómenos de competencia entre superconductividad, magnetismo, geometría y longitudes características. Se ha estudiado la dinámica de vórtices mediante medidas de transporte eléctrico a bajas temperaturas y altos campos magnéticos. Para ello se ha usado un criostato de helio líquido de flujo continuo, un sistema de recuperación y licuefacción del helio, y un licuefactor de nitrógeno. La tesis se ha centrado en los siguientes aspectos: Dinámica de vórtices en superconductores laminares: se ha estudiado la dinámica de vórtices en NbSe2, un superconductor anisótropo. Mediante medidas V-I se ha estudiado la dependencia de la corriente crítica con el ángulo formado entre el campo magnético y las capas de NbSe2. También se ha analizado el estado disipativo en configuraciones libres de fuerza, encontrándose una dependencia de V con I de tipo exponencial. Mecanismos de pinning y longitudes características: se han analizado los distintos mecanismos de anclaje, así como la competencia entre la geometría y las longitudes características. Por un lado se ha estudiado la presencia de un régimen de red de hilos superconductores en películas con redes artificiales de centros de anclaje muy cerca de la temperatura crítica, cuando la longitud coherente se vuelve comparable a la distancia entre centros. Por otro, se ha estudiado cómo el carácter magnético de estos centros de anclaje puede llevar a una reducción de la longitud de penetración efectiva, disminuyendo el anclaje de los vórtices intersticiales. También se analizó la dinámica de vórtices con centros de anclaje que presentan irreversibilidad en sus propiedades magnéticas, observándose que se refleja de manera directa en las propiedades eléctricas. Fases de vórtices en superconductores nanoestructurados: se ha estudiado cómo la nanoestructuración puede afectar a las distintas fases de vórtices cerca de la temperatura crítica. Mediante medidas V-I se han observado las transiciones vidrio-líquido de vórtices en diferentes muestras con redes de dots de Cu. Se ha visto que la anisotropía en la red de dots puede inducir una fase esméctica de vórtices entre el vidrio y el líquido. Redes de vórtices-antivórtices en potenciales de anclaje asimétricos: se han fabricado triángulos de multicapa de Co/Pd con anisotropía magnética fuera del plano, para generar campos de fuga intensos y crear pares vórtice-antivórtice en la película superconductora. La forma asimétrica de los triángulos permite observar efectos de rectificación sin campo magnético externo aplicado. La polaridad e intensidad de este efecto puede controlarse aplicando un campo externo o cambiando el estado magnético de los triángulos, lo que hace a este sistema candidato para aplicaciones como sensor de campo o memoria de tres estados. La tesis concluye con unas conclusiones, destacando los puntos más relevantes de la misma.