Dinámica anisotropica de vórtices en superconductores con fase nemática

• Autores: Castillo Menegotto, Francisco
• Año de publicación: 2025
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis de grado
• Colaborador/a o director/a de tesis: Lozano, Gustavo Sergio
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

En la actualidad, los materiales superconductores se utilizan ampliamente en diferentes aplicaciones y se postulan como clave para novedosos desarrollos, como los qubits en computación cuántica. Sin embargo, mientras que la superconductividad convencional se explica a partir de primeros principios en el marco de la teoría BCS [1], el mecanismo responsable de la superconductividad no convencional aún está en discusión [2]. En este contexto, en 2008 Kamihara et al. [3] descubrieron la superconductividad a 26 K en LaO1−xFxFeAs, iniciando la era de los superconductores basados en hierro. Desde entonces, estos han sido ampliamente estudiados, tanto teórica como experimentalmente [4, 5]. Una de las propiedades mas notables de estos compuestos es la aparición de anisotropías en las propiedades ópticas y de transporte [6] que teóricamente han sido vinculadas con la existencia de fases nemáticas electrónicas [7]. Esta ruptura espontanea de simetría, i.e., el orden nemático, ha mostrado en varios superconductores de este tipo estar interrelacionado con el orden superconductor [8]. Incluso se ha postulado que este acoplamiento podría estar relacionado con el origen de la superconductividad en estos compuestos [9, 10]. Si bien no existe un consenso sobre el origen microscópico de la nematicidad, es posible abordar el problema desde una perspectiva fenomenológica en el marco del formalismo de Ginzburg- Landau [11]. Para ello, se incorpora en la energía libre un acople entre la nematicidad electrónica, representada por un parametro de orden tipo Ising, y la superconductividad, caracterizada por un parámetro de orden complejo con simetría s-wave. Si bien la teoría es estática por naturaleza, en los años 50 Schmid propuso una extensión dinámica del modelo (TDGL) [12], la cual ha sido empleada exitosamente en multiples estudios sobre superconductividad para analizar la dinámica de estos sistemas [13, 14, 15]. Una de las principales novedades del método empleado en este trabajo, además de la inclusión de la nematicidad, es la implementación de métodos pseudo-espectrales para la resolución de las ecuaciones diferenciales del formalismo TDGL, las cuales suelen resolverse mediante esquemas de diferencias finitas. Este enfoque presenta la ventaja de garantizar una convergencia exponencial en los cálculos, en contraste con la convergencia algebraica de los métodos de elementos finitos. Además, estos métodos no presentan dispersión ni difusión numérica, lo que los hace especialmente adecuados para problemas donde la precisión es crítica. El desarrollo de este método se realizó en el marco de la tesis doctoral de Ramiro Severino [16], adaptando técnicas previamente utilizadas en el estudio de la dinámica de condensados de Bose-Einstein. Hasta el momento, ha sido aplicado al análisis de la interacción vórtice-vórtice [17] y vórtice-pared de dominio nemático [18], así como al estudio de la formación y estructura de redes de vortices en superconductores con orden nemático [16]. Estos resultados han demostrado que, a pesar de la simplicidad del modelo, varios hallazgos experimentales, como el pinning y anti-pinning de vórtices en paredes de dominio, la elipticidad de los vórtices y las simetrías de las redes de vórtices, pueden ser comprendidos dentro de este marco teórico. En el presente trabajo, las aplicaciones de este método fueron extendidas al estudio de la dinámica disipativa de vórtices anisotrópicos en el régimen de flux flow, que ocurre debido a la presencia de una densidad de corriente externa de transporte en la fase mixta superconductora.
Fil: Castillo Menegotto, Francisco. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.