Resumen de Estudio energético de redes de vórtices nanoestructuradas en YBa2Cu3O7 mediante decoración magnética

Roberto Fabian Luccas

• Los esfuerzos por realizar nuevos descubrimientos en el campo de la superconductividad están motivados por una imperiosa necesidad de su aplicación en el día a día.[1-7] En este sentido, la fabricación de cables superconductores de grandes dimensiones ha sido posible gracias a la inclusión de resultados obtenidos en laboratorios trabajando con sistemas modélicos,[8-12] donde los objetivos se centran en la mejora de las prestaciones del YBa2Cu3O7, uno de los materiales con mejores resultados en aplicación. La inhibición del movimiento colectivo de la red de vórtices, efecto generador de la disipación de energía en cables superconductores, ha sido uno de los frentes más atacados para la optimización de resultados. La estructuración de la red de vórtices por parte de defectos en el material es un muy buen indicador de la interacción presente entre vórtices y defectos, interacción necesaria para la inhibición del movimiento de la red de vórtices y por consiguiente para la mejora de las prestaciones de los materiales superconductores. Sin embargo las técnicas para la evaluación de los resultados obtenidos trabajan con la respuesta colectiva de la red[13,14] obteniendo resultados que no permiten discernir fácilmente entre los diferentes aportes a la inhibición de movimiento de la red de vórtices. En este marco, el trabajo de tesis aquí plasmado estudia la estructuración de la red de vórtices debido a la presencia de defectos, permitiendo una comparación cuantitativa entre defectos de diferente naturaleza. Dicho análisis se centra en la respuesta del YBa2Cu3O7 ante la presencia de defectos artificiales superficiales capaces de mejorar las propiedades del material superconductor. El estudio se lleva a cabo visualizando la red de vórtices mediante la técnica de decoración magnética en sistemas modélicos (monocristales y películas de YBa2Cu3O7 crecidos respectivamente por los métodos de flujo y de epitaxialidad en fase líquida sobre sustratos de MgO). Los defectos artificiales estudiados son generado por dos técnicas diferentes, la irradiación con haz de iones focalizado y la indentación a escala nanométrica. Para la realización de dicho estudio primeramente se lleva a cabo el montaje y puesta a punto de la técnica de visualización empleada, la decoración magnética. Luego, a partir de los resultados de visualización de la red de vórtices obtenidos, se genera un modelo para la estimación de energías asociadas a la red. Este modelo permite discernir la contribución a la inhibición del movimiento de la red por parte de diferentes tipos de defectos, comparando por primera vez de manera cuantitativa resultados de este tipo. Finalmente se realiza el modelado de sistemas virtuales, lo que permite estimar propiedades de los defectos a partir de una comparación directa entre sistemas de vórtices reales y artificiales. Notamos que este trabajo demuestra avances en tres frentes importantes. Por un lado hemos puesto en marcha una técnica de visualización de dominios magnéticos (aplicada aquí exclusivamente al estudio de vórtices en materiales superconductores). Esta técnica está presente solo en media docena de laboratorios en el mundo. Por otra parte hemos generado una herramienta de fácil aplicación para el estudio cuantitativo de las energías asociadas al anclaje de vórtices (modelo para la determinación de energías en la red de vórtices). La misma ha demostrado ser muy dócil en cuanto a ámbito de aplicación se refiere, permitiendo trabajar en diferentes materiales observados por decoración y demostrando sus posibilidades trabajando incluso en sistemas artificialmente generados. Las hipótesis consideradas para la generación de este modelo fueron comprobadas mediante el modelado de sistemas virtuales, afianzando dicho modelo energético y permitiendo a su vez caracterizar los defectos artificiales generados en el propio material YBa2Cu3O7. Por último se realizó un avance muy importante en relación a la naturaleza de los centros de anclaje de vórtice artificiales, logrando comparar de manera cuantitativa las fuerzas de anclaje asociadas a las diferentes técnicas empleadas en la generación de los mismos. Dicho análisis, realizado precisamente en YBa2Cu3O7, es extensible al ámbito de cintas superconductoras o dispositivos electrónicos, entre otros. Mostramos aquí un trabajo que nace de la necesidad de un estudio comparativo claro entre resultados de interacción vórtice-defecto asociados a diferentes tipos de defectos. Un trabajo que involucra desde la construcción y puesta en marcha del sistema empleado para la obtención de resultados hasta el análisis de los mismos generando herramientas para tal efecto, incluyendo un estudio final mediante el modelado virtual de los propios sistemas medidos experimentalmente. Un trabajo que demostramos es, tanto en parte como en conjunto, de fácil aplicación al estudio de materiales superconductores; innovando en el análisis de resultados propuesto así como aportando una nueva técnica al laboratorio. [1] T. G. Holesinger, L. Civale, B. Maiorov, D. M. Feldmann, J. Y. Coulter, D. J. Miller, V. A. Maroni, Z. Chen, D. C. Larbalestier, R. Feenstra, X. Li, Y. Huang, T. Kodenkandath, W. Zhang, M. W. Rupich y A. P. Malozemoff, Advanced Materials, 20, 391 (2008). [2] S. R. Foltyn, L. Civale, J. L. MacManus-Driscoll, Q. X. Jia, B. Maiorov, H. Wang y M. Maley, Nature Materials, 6, 631 (2007). [3] Y. Iijima, N. Tanabe, O. Kohno y Y. Ikeno, Appl. Phys. Lett., 60, 769 (1992). [4] X. D. Wu, S. R. Foltyn, P. Arendt, J. Townsend, C. Adams, I. H. Campbell, P. Tiwari, Y. Coulter y D. E. Peterson, Appl. Phys. Lett., 65, 1961 (1994). [5] D. P. Norton, A. Goyal, J. D. Budai, D. K. Christen, D. M. Kroeger, E. D. Specht, Q. He, B. Saffian, M. Paranthaman, C. E. Klabunde, D. F. Lee, B. C. Sales y F. A. List, Science, 274, 755 (1996). [6] Y. Kamihara, H. Hiramatsu, M. Hirano, R. Kawamura, H. Yanagi, T. Kamiya y H. Hosono, J. Am. Chem. Soc., 128, 10012 (2006). [7] Y. Kamihara, T. Watanabe, M. Hirano y H. Hosono, J. Am. Chem. Soc., 130, 3296 (2008). [8] N. Roma, S. Morlens, S. Ricart, K. Zalamova, J. M. Moreto, A. Pomar, T. Puig y X. Obradors, Superconductor Science and Technology, 19, 521 (2006). [9] S. Morlens, N. Romá, S. Ricart, A. Pomar, T. Puig y X. Obradors, Journal of Materials Research, 22, 2330 (2007). [10] A. Hassini, A. Pomar, C. Moreno, A. Ruyter, N. Roma, T. Puig y X. Obradors, Physica C: Superconductivity, 460-462, 1357 (2007). [11] M. Gibert, T. Puig y X. Obradors, Surface Science, 601, 2680 (2007). [12] J. Gutierrez, A. Llordés, J. Gázquez, M. Gibert, N. Romà, S. Ricart, A. Pomar, F. Sandiumenge, N. Mestres, T. Puig y X. Obradors, Nature Materials, 6, 367 (2007). [13] J. Gutierrez, T. Puig y X. Obradors, Applied Physics Letters, 90, 162514 (2007). [14] A. Palau, T. Puig, X. Obradors y C. Jooss, Phys. Rev. B, 75, 054517 (2007).