Caracterización y respuesta dinámica de la red de vórtices en monocristales de YBCO con distinto contenido de oxígeno

• Autores: Moreno, Alejandro Javier
• Año de publicación: 2007
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Bekeris, Victoria Isabel
• Materia: SUPERCONDUCTORES DE ALTA TEMPERATURA CRITICA; YBA2CU3O7-8; VORTICES; SUCEPTIBILIDAD AC; MAGNETIZACION DC; MECANISMOS DE ANCLAJE; BARRERAS DE SUPERFICIE; MOVILIDAD; ORDEN; HIGH TEMPERATURE SUPERCONDUCTORS; YBA2CU3O7-8; VORTICES; AC SUSCEPTIBILITY; DC MAGNETIZATION; PINNING MECHANISMS; SURFACE BARRIERS; MOBILITY; ORDER
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Las propiedades estáticas y dinámicas de las redes de vórtices (RV) en superconductores de tipo II conforman un campo activo de estudio tanto desde el punto de vista de aplicaciones tecnológicas como del estudio de la física básica. La estructura de la RV condensa en una diversidad de fases debido a la competencia entre las energías de interacción de los vórtices entre sí, de éstos con el desorden del material superconductor y las fluctuaciones térmicas. En los compuestos superconductores de alta temperatura crítica el efecto del dopaje, es decir de la alteración del número de portadores disponibles, es de interés ya que estos materiales presentan una rica variedad de fases con comportamientos magnéticos diferentes. En la fase superconductora la modificación de los niveles de portadores mediante cambios en el contenido de oxígeno permite estudiar la interacción de la materia de vórtices con los defectos generados por la propia desoxigenación, pudiéndose estudiar la relevancia de los distintos mecanismos de anclaje a diferentes temperaturas y campos magnéticos. En particular es de interés el estudio de la dinámica de los vórtices cuando la excitación es de carácter oscilatorio. El objetivo de esta tesis fue el de medir la respuesta del flujo magnético en monocristales de YBCO con maclas, con distinto contenido de oxigeno, para estudiar el efecto de la desoxigenación en las interacciones entre vórtices en los diversos mecanismos de anclaje. En esta tesis se han empleando las técnicas de susceptibilidad ac, magnetización dc y magnetización remanente con un método ac no convencional. Estas técnicas involucran tiempos característicos de medición diferentes (desde algunas centésimas de milisegundo a algunos minutos) por lo que permiten explorar si hay aumento o disminución de anclaje del flujo magnético con el grado de desoxigenación en diferentes ventanas temporales. Además se estudió como cambia la dinámica de la RV en función de la historia termomagnética de la muestra, en particular se estudió el efecto de aplicar a la red de vórtices oscilaciones de campos alternos de gran amplitud para estudiar el orden y la movilidad de la misma. Las mediciones dinámicas de susceptibilidad ac fueron descriptas en el marco de un modelo fenomenológico que incluye el efecto de los centros de anclaje y de los procesos de relajación por activación térmica. Se obtuvieron los parámetros del modelo como la densidad de corriente crítica a T = 0, la escala típica de los potenciales de anclaje y la velocidad de propagación media del vórtice, y se determinó el régimen de anclaje para muestras oxigenadas y desoxigenadas. Las mediciones dinámicas de magnetización remanente, realizadas mediante una técnica no convencional, fueron descriptas en el marco de un modelo de estado crítico que incluyen relajación por activación, para determinar las corrientes críticas efectivas. Mediante mediciones de magnetización dc se estudiaron los mecanismos de anclaje a distintos campos y temperaturas midiéndolos en una escala temporal mucho mayor que la empleada en las técnicas anteriores. Hemos observado que en todos los casos, las muestras desoxigenadas presentan menor anclaje en volumen que las muestras bien oxigenadas y que en los cristales con bajo contenido de oxígeno se hace más relevante la presencia de barreras de superficie para la penetración de flujo magnético en un rango amplio de temperaturas. El anclaje es mayor en las muestras oxigenadas posiblemente porque éstas se encuentran en un régimen de anclaje de vórtice individual en un amplio rango de temperaturas y campos, mientras que la desoxigenación hace predominante el régimen de anclaje colectivo, tal vez debido a que crece el rango efectivo de interacción vórtice - vórtice. A temperaturas cercanas a la de transición, las barreras superficiales se hacen más efectivas independientemente del contenido de O. En los cristales oxigenados hemos observado que la aplicación de campos alternos de gran amplitud no puede ordenar una red previamente desordenada y que a su vez desordena una red previamente ordenada. Los efectos de memoria observados en cristales oxigenados están ausentes en los cristales desoxigenados para el mismo rango de campos y temperaturas.
The static and dynamic properties of the vortex lattice (VL) in type II superconductors conform an active field of study, not only from the point of view of technological applications, but as of the study of basic physics as well. The structure of the VL is very rich due to competing interactions between vortices, between these and the disorder of the superconducting material and thermal fluctuations. In several high critical temperature superconducting compounds the effect of doping, i.e. the modification of the number of available carriers, is of interest because these materials present a very rich phase diagram with different magnetic behaviors. In the superconducting phase the modification of the number of carriers by means of changes in the oxygen content allows the study of the interaction of vortex matter with defects generated by this procedure, and provides information about the relevance of the different mechanisms of pinning at different temperatures and magnetic fields. It is of particular interest the study of vortex dynamics when the excitation is of oscillatory character. The objective of this thesis was to measure the response of VL in twinned YBCO single crystals with different oxygen contents, to study the effect of oxygen doping in the interactions between vortices and in the diverse pinning mechanisms of the VL. In this thesis several techniques were used: a high resolution ac susceptibility technique, dc magnetization and remnant magnetization measured with a non-conventional ac procedure. These techniques involve different characteristic measurement times (from some hundredth of millisecond to some minutes) to explore how the pinning strength changes with the degree of oxygen content in different time windows. Additionally we studied how VL dynamics changes as a result of different thermomagnetic histories of the sample. In particular we studied the effect of applying ac fields of large amplitude to the VL to study its order and mobility. The dynamic measurements of ac susceptibility were modeled within the framework of a phenomenological model that includes the effect of pinning centers and relaxation by thermal activation. We obtained the parameters of the model like the critical vi current density at T = 0, the typical scale of the pinning potentials and the average vortex propagation speed. The regime of pinning for the oxygenated and deoxygenated samples was also determined. The measurements of the remnant magnetization with a nonconventional technique were presented within the framework of a critical state model that includes relaxation by thermal activation, in order to determine the effective critical current densities. Measurements of dc magnetization at different fields and temperatures were made to study the different pinning mechanisms measuring them in a different temporary scale. We have observed that the deoxygenated samples present less pinning strength than the oxygenated ones and that in crystals with low oxygen content surface barriers hinder the penetration of magnetic flux in a wide range of temperatures. The pinning strength is stronger in the oxygenated samples, possibly because the VL is in the individual vortex pinning regime in a wide range of temperatures and fields, whereas the removal of oxygen makes the collective pinning regime the predominant one. At temperatures near the critical temperature the surface barriers are made more effective independently of the oxygen content. We have observed that ac magnetic fields of high amplitude can not order a previously disordered VL and that they disorder a previously ordered VL. The observed memory effects in oxygenated crystals are absent in deoxygenated crystals for the same range of fields and temperatures.
Fil: Moreno, Alejandro Javier. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.