Dinámica oscilatoria de la red de vórtices en superconductores de alta temperatura crítica - Valenzuela, Sergio O. (2001)
Los vórtices en los superconductores de alta temperatura crítica constituyen unsistema modelo para el estudio de transiciones de fase dinámicas y termodinámicas. La combinación de las interacciones vórtice-vórtice y el anclaje por defectos en lamatriz superconductora determina la respuesta electromagnética de los superconductorestipo-II y, a su vez, provee un sistema ideal para estudiar el efecto del desordenen un medio elástico. Mientras que las interacciones entre vórtices tienden a ordenarla estructura de vórtices y los defectos a desordenarla, su efecto combinado da lugara una variedad de comportamientos colectivos y dinámicos notablemente rico. En esta Tesis, estudiamos la respuesta dinámica en estos sistemas de vórticesprincipalmente en respuesta a la aplicación de fuerzas oscilatorias por debajo de latransición de solidificación. La motivación de este trabajo surge por la observación denuevos fenómenos que incluyen una dependencia en la historia de la muestra y efectosde memoria en la respuesta de los superconductores tipo-II y por la necesidad de lograrun control completo del comportamiento de los vórtices ante fuerzas externas, lo quees requerido para posibles aplicaciones. El objetivo de esta Tesis es presentar unadescripción de la respuesta de los vórtices tanto desde un punto de vista experimentalcomo numérico. Midiendo susceptibilidad ac en cristales de YBa2Cu3O7 con maclas, mostramosque el sistema de vórtices puede ser atrapado en estados metaestables con diferentegrado de orden que aparecen en respuesta a diferentes historias termomagnéticas delsistema. Demostramos que la presión ejercida por el campo ac oscilante ordena elsistema de vórtices en la zona de penetración, incrementando localmente su movilidad. La estabilidad de los estados ordenados y desordenados junto con el perfil espacial dela movilidad de los vórtices generan la aparición de efectos de memoria. Mostramos también que cuando los vórtices son “agitados” por un campo temporalmentesimétrico (ej., sinusoidal) se organizan en una estructura ordenada y fácilde mover pero que, por el contrario, cuando el campo ac es temporalmente asimétrico (ej., diente de sierra), la estructura final es más desordenada y anclada. Esto es característicode un movimiento plástico de la red de vórtices y sugiere que el ordenamientodebido a campos simétricos es esencialmente distinto a un proceso de equilibración oa una cristalización dinámica por la aplicación de corrientes altas. Proponemos un modelo fenomenológico para la respuesta ac basada en observacionesexperimentales y obtenemos los perfiles de campo y corriente en forma analíticay numérica para distintas geometrías. La hipótesis principal del modelo es un anclajeefectivo inhomogéneo en la muestra lo cual se infiere de la movilidad variable de losvórtices. Completamos nuestra descripción realizando simulaciones de dinámica molecularsobreamortiguada con el objetivo de hallar una conexión entre la respuestamacroscópica y el comportamiento microscópico o, entre la movilidad y el gradode orden de la red de vórtices. Modelamos el sistema de vórtices como un conjuntode partículas interactuantes en un medio desordenado con una gran densidad de centrosde anclaje distribuidos al azar y estudiamos la concentración de defectos y lamovilidad de la red de vórtices en repuesta a distintas fuerzas externas. Complementamos estos resultados con estudios de transporte y susceptibilidadac en muestras que presentan un efecto pico en la densidad de corriente crítica. Mostramos que el desorden generado en la zona del pico puede ser inhibido en formaparcial forzando un movimiento oscilatorio de los vórtices aún cuando la red es blanday su movimiento plástico. La red de vórtices puede ser ordenada en forma adicionalpor debajo de un temperatura definida en donde las interacciones entre vórtices parecenvencer a las tensiones generadas por el anclaje y ocurre un cambio a un régimenelástico. La Tesis concluye con dos proyectos relacionados menores que son incluidos como Apéndices. En primer lugar, extendemos el algoritmo con el que obtuvimos los perfilesde campo y corriente en muestras con anclaje inhomogéneo para poder incluircorrientes de transporte. En segundo lugar, describimos una técnica ac que desarrollamospara medir la magnetización remanente en la muestra y presentamos resultadosque muestran efectos de historia.