Vortex lattices under stress: visualizing the superconducting vortex lattice in presence of disorder and magnetism

• Autores: Jose Benito Llorens
• Directores de la Tesis: Hermann Suderow (dir. tes.), Isabel Guillamón Gómez (codir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2020
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Miguel Ortuño Ortín (presid.), Edwin Herrera Vasco (secret.), Mariela Menghini (voc.), Anna Böhmer (voc.), Yonathan Anahory (voc.)
• Materias:
  • Física
  • Ciencias de la vida
    • Biofísica
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen

  • Cuando estaba todavía en la carrera, el que iba a ser uno de mis directores de tesis, nos enseñó un vídeo de unos delfines jugando con vórtices que ellos mismos formaban en el agua. Años más tarde me di cuenta de que eso es lo que he hecho, pero con vórtices en superconductores.

    Los vórtices superconductores fueron predichos por Abrikosov en 1957. En la actualidad, la física de vórtices sigue siendo un campo muy activo y fructífero. El núcleo de un vórtice aislado puede considerarse la huella dactilar de un superconductor, debido a que, en su interior, la manera en que se suprime la superconductividad depende directamente de sus parámetros característicos, como son la longitud de coherencia y la penetración de London. Al mismo tiempo, las propiedades electrodinámicas de los superconductores, importantes para las aplicaciones, vienen determinadas por el comportamiento colectivo de la red de vórtices.

    La primera imagen de la red de vórtices se obtuvo en 1967 usando decoración magnética y, desde entonces, se han inventado multitud de técnicas microscópicas que permiten estudiar sus propiedades a escala local. En esta tesis, he analizado imágenes de vórtices obtenidas usando tres técnicas diferentes: squid-on-tip (SOT), microscopía de fuerza magnética (MFM) y microscopía de efecto túnel (STM). Durante este periodo, he tratado de mejorar nuestra comprensión del comportamiento de la red de vórtices en diferentes materiales, con diferente distribución de centros de anclaje y en un amplio rango de temperaturas y campos magnéticos.

    En el capítulo 3, mostramos las medidas en CaK(Fe0.95Ni0.05)4As4. Este material, pertenece a la familia 1144 de superconductores basados en hierro. La ausencia de simetría de espejo en la estructura cristalina, hace que esta familia de compuestos sea única entre los superconductores basados en hierro. El compuesto estequiométrico, CaKFe4As4 , se caracterizó previamente mediante diferentes técnicas, como STM, ARPES o medidas de longitud de penetración. Este material presenta superconductividad isótropa de dos bandas, una red de vórtices desordenada y una superficie de Fermi consistente con el estado paramagnético de los superconductores basados en hierro. El dopaje con electrones en el compuesto estequiométrico, como por ejemplo, sustituyendo el Fe por Ni, induce un orden antiferromagnético no colineal. Debido a la distribución de espines en la capa del Fe, este orden antiferromagnético no colineal es conocido como orden antiferromagnético tipo erizo. En este capítulo, presento la primera caracterización microscópica de las propiedades superconductoras de CaK(Fe0.95Ni0.05)4As4, composición en la cual la superconductividad coexiste con el orden antiferromagnético de tipo erizo. Concretamente, estudiamos cómo se modifican las propiedades electrónicas del estado normal y superconductor debido a esta coexistencia.

    En el capítulo 4, he analizado las propiedades de una fase de vórtices nueva que aparece a campos magnéticos muy bajos en el superconductor beta-Bi2Pd. En presencia de campos magnéticos de unos pocos Gauss, las medidas con SOT muestran una distribución de vórtices muy inhomogénea, con vórtices anclados a lo largo de líneas que quedan separadas por regiones vacías. He caracterizado en detalle las propiedades estructurales y multifractales de esta distribución y estudiado su dependencia con el campo magnético.

    En el capítulo 5, he discutido el concepto del desorden hiperuniforme en la red de vórtices. El término hiperuniforme fue acuñado por Torquato para describir una distribución de partículas sin fluctuaciones de densidad, dando lugar a propiedades físicas similares en todas las direcciones para distancias pequeñas. Para extraer una conclusión sobre la hiperuniformidad en la red de vórtices, he analizado imágenes de redes de vórtices desordenadas tomadas en varios materiales con diferentes propiedades de anclaje.

    En el capítulo 6, he estudiado el movimiento de arrastre de los vórtices en el superconductor anisótropo 2H-NbSe2 bajo un campo magnético inclinado. A diferencia de lo que se había visto hasta ahora, se ha observado que el movimiento de arrastre de los vórtices se puede activar al disminuir la temperatura. He cuantificado el movimiento de los vórtices y reproducido los datos experimentales con un modelo teórico.