Visualizing the influence of the Fermi surface on superconductivity
- Autores: Edwin Herrera Vasco
- Directores de la Tesis: Hermann Suderow (dir. tes.), Isabel Guillamón Gómez (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2016
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Sebastián Vieira Díaz (presid.), Carmen Munuera López (secret.), Paula Liliana Giraldo Gallo (voc.), Juan Gabriel Ramírez Rojas (voc.), Jaime Merino Troncoso (voc.)
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
- Resumen
EN el libro de introducción a la física de estado sólido de Kittel, se incluye una conocida cita de Mackintosh en la que se define a los metales como “sólidos con una superficie de Fermi”. Cuando los metales transitan al estado superconductor, la teoría BCS nos dice que un gap de energía se abre en el nivel de Fermi debido a nuevas interacciones que surgen entre los electrones que se encuentran en su proximidad. Por ello, estudiar el comportamiento de los estados electrónicos que se encuentran en la superficie de Fermi y su proximidad es fundamental para entender las propiedades de los superconductores.
Las superficies de Fermi a menudo están formadas por diferentes capas con topología diversa.
Por ejemplo, en el caso conocido del superconductor MgB2, encontramos en el mismo material capas bidimensionales y tridimensionales. El acoplamiento electrón-fonón es muy diferente en cada capa, y conduce a valores distintos del gap superconductor dentro de la misma superficie de Fermi. Asimismo, la fuerte anisotropía de sus propiedades electrónicas tiene una influencia notable en la densidad de estados superconductora. Otras propiedades de los superconductores se ven también afectadas por la estructura electrónica de la superficie de Fermi y sus proximidades.
En esta Tesis nos planteamos como objetivo visualizar dichas propiedades mediante el estudio de la variación espacial de la densidad de estados electrónica que caracteriza a los superconductores.
En concreto, hemos centrado nuestra atención en la forma de los vórtices superconductores, la orientación y dinámica de la red de vórtices, y la presencia de excitaciones, de tipo Fano y Friedel, que surgen de las correlaciones electrónicas.
En esta Tesis Doctoral hemos estudiado superconductores con propiedades electrónicas cerca del nivel de Fermi muy diferentes. Primero analizamos el material b-Bi2Pd, que presenta una superficie de Fermi compleja y al mismo tiempo un gap superconductor único y sencillo.
Hemos determinado la influencia de la superficie de Fermi en el comportamiento de la red de vórtices (Capítulo 3) y realizado un estudio detallado de la red bajo campos magnéticos inclinados (Capítulo 4). A continuación, hemos investigado la dinámica de vórtices en un nuevo superconductor cristalino descubierto en 2015, Rh9In4S4, donde el valor extremo de sus parámetros superconductores y la presencia de fuerte desorden producen redes de vórtices inestables (Capítulo 5). Finalmente, hemos estudiado un sistema muy ordenado, URu2Si2, donde las correlaciones electrónicas modifican profundamente la estructura electrónica cerca del nivel 4 de Fermi (Capítulo 6). Mediante un estudio topográfico y espectroscópico a escala atómica y la visualización de oscilaciones tipo Friedel, hemos determinado la influencia de las correlaciones electrónicas en el estado superconductor.
El nivel de comprensión que ahora tenemos de la superficie de Fermi y las interacciones electrónicas es muy alto, habiendo contribuido esta Tesis a avanzar en dicha comprensión. Sin embargo, el desarrollo de aplicaciones basadas en materiales superconductores, y en otros sistemas de la materia condensada, requiere aún de experimentos en los que se puedan modificar o manejar a voluntad los parámetros que controlan la temperatura crítica o las propiedades de la superficie de Fermi. Esto nos llevará mucho más cerca de los superconductores que mantengan esta propiedad hasta temperatura ambiente o que sean capaces de transportar corrientes eléctricas mayores, o cualquier otra aplicación interesante que surja de las correlaciones electrónicas (por ejemplo superconductividad topológica).
Otros parámetros como la aplicación de tensiones, los cambios en la densidad electrónica por voltajes de puerta o el uso de campos magnéticos elevados se utilizan de manera rutinaria para modificar las propiedades macroscópicas de los superconductores estudiados en esta Tesis.
El próximo paso importante será, por tanto, aadir estos parámetros de control a los métodos de visualización microscópica de la superficie de Fermi, como es la microscopía de efecto túnel.
