Dinámica de vórtices superconductores en potenciales variables

Resumen

Se han estudiado los cambios en la dinámica de los vórtices superconductores cuando estos interaccionan con potenciales artificiales que pueden ser modificados mediante parámetros externos como el campo magnético aplicado o variaciones en la temperatura del sistema. Estos potenciales, introducidos en el superconductor mediante nanoestructuras fabricadas con diversos materiales magnéticos o superconductores, modifican la dinámica de vórtices en función del estado en el que se encuentren. Cada uno de estos estados influye de forma característica el movimiento de los vórtices, siendo posible diferenciarlos mediante medidas de magnetotransporte. Se han estudiado tres tipos de sistemas híbridos, consistentes en películas delgadas superconductoras depositadas sobre las nanoestructuras. El primer capítulo de la tesis cubre las propiedades superconductoras más relevantes para el estudio de estos sistemas híbridos, centrándose en la teoría fenomenológica de Ginzburg ¿ Landau. El segundo capítulo abarca una breve descripción las técnicas de fabricación empleadas, así como de la caracterización a baja temperatura de dichos sistemas híbridos. El tercer capítulo corresponde a una muestra que consiste en una lámina superconductora de Nb sobre un array de triángulos de NdCo5 con una periodicidad rectangular. El NdCo5 es una aleación amorfa de una tierra rara (Nd) y un metal de transición (Co) con anisotropía magnética perpendicular débil en la cual los dominios magnéticos se organizan en bandas en las cuales la imanación está alineada a lo largo de la dirección perpendicular a la muestra, oscilando entre un sentido positivo o negativo. Mientras que en el estado as ¿ grown los triángulos presentan una estructura de bandas concéntrica, es posible desordenar el entramado que conforman estas bandas dentro de los triángulos mediante la aplicación de un campo magnético perpendicular a la lámina. Las medidas de magnetotransporte presentan características únicas para cada uno de estos dos estados, siendo posible diferenciarlos estudiando su influencia en la dinámica de vórtices1. En el cuarto capítulo se ha estudiado un sistema híbrido que consiste en una lámina superconductora de niobio sobre un sistema spin ¿ ice que consiste en barras nanométricas de cobalto conectadas entre sí en los vértices, formando un panal de abeja (honeycomb). La imanación de las barras está en el plano debido a la anisotropía de forma. Únicamente en los vértices el campo de fugas se alinea a lo largo de la dirección perpendicular al plano de la muestra. El campo de fugas de un vértice tendrá un sentido positivo o negativo dando lugar a cargas magnéticas de signos contrarios cuya distribución puede ser ordenada o desordenada. Estas cargas magnéticas presentan una estructura micromagnética asimétrica debido a que están formadas por dos paredes de Néel cargadas. Se han estudiado los efectos de conmensurabilidad en función del estado de la red de cargas magnéticas en el spin ¿ ice2. Por último, el quinto capítulo trata sobre un sistema que consiste en una lámina superconductora, en este caso de vanadio, que cubre un array cuadrado de triángulos mesoscópicos superconductores fabricados con niobio. Los triángulos de Niobio presentan una temperatura crítica más alta que la lámina de vanadio en la que se mueven los vórtices. Por tanto, las zonas de la lámina que se encuentran sobre los triángulos son zonas de repulsión para los vórtices superconductores, dando lugar a un potencial de antipinning que altera en gran medida la dinámica de los vórtices superconductores3. Referencias 1. V. Rollano et al., Magnetic order and disorder in nanomagnets probed by superconducting vortices, Sci. Rep. 8, 1¿10 (2018). 2. V. Rollano et al., Topologically protected superconducting ratchet effect generated by spin-ice nanomagnets, Nanotechnology 30, (2019). 3. V. Rollano et al., Vortex dynamics controlled by local superconducting enhancement, New J. Phys. 21, 113059 (2019).