Teorías fenomenológicas del tipo Ginzburg-Landau en el ámbito de superconductores no convencionales con fases nemáticas

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

En las últimas décadas gran parte de la investigación en superconductividad se ha concentrado en torno a materiales cuya superconductividad se clasifica como no convencional. Estos superconductores no entran dentro de la descripción microscópica de Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS). En el año 2008 fue descubierta una familia de superconductores basados en hierro que desde entonces ha sido ampliamente estudiada tanto teórica como experimentalmente. Una de las propiedades más notables de estos compuestos es la aparición de anisotropías en las propiedades ópticas y de transporte que teóricamente han sido vinculadas con la existencia de fases nemáticas electrónicas. 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 Ginzburg-Landau. En esta tesis aplicamos una extensión dependiente del tiempo del formalismo Ginzburg-Landau (TDGL) para estudiar la dinámica acoplada de dos parámetros de orden, uno real tipo Ising para la nematicidad electrónica y otro complejo tipos para la superconductividad. Para ello, desarrollamos métodos espectrales, adaptando técnicas ya utilizadas en el área de dinámica de condensados de Bose-Einstein. Se estudiaron dos tipos de acoples entre los parámetros de orden de la teoría: uno bicuadrático y otro trilineal que espontáneamente rompe la simetría cristalina. En primera instancia estudiamos la interacción entre vórtices en presencia de nematicidad, determinando de qué manera la nematicidad modifica la frontera entre superconductividad tipo I y tipo II. Luego, estudiamos la interacción entre un vórtice y una pared de dominio nemática en función de los valores de los acoples entre nematicidad y superconductividad. Mostramos que la interacción entre paredes y vórtices puede ser tanto atractiva como repulsiva, en función de los parámetros, y que la anisotropía en los vórtices produce una fuerza en la dirección de la pared que desvía sus trayectorias. Por último, proponemos mecanismos de trampas que permiten estudiar el problema de múltiples vórtices y la forma en que estos se organizan, tanto en un fondo de nematicidad constante como en presencia de paredes de dominio nemáticas.
In the last few decades, a large part of the research in superconductivity has been centered towards materials whose superconductivity is clasified as unconventional. These materials do not fit within the Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) description. In 2008 a new family of superconducting materials based in iron was discovered and have since been extensively studied, both experimentally and theoretically. One of their most notable properties is the emergence of transport anisotropies, which have been linked to the existence of electronic nematic phases. Even though there is no consensus on the microscopic origin of nematicity, it is possible to take on the problem from a Ginzburg-Landau phenomenological perspective. In this thesis, we apply a time-dependent extension of the Ginzburg-Landau formalism (TDGL) to study the dinamics of two coupled order parameters, an Ising-type real parameter for electronic nematicity and a complex s-wave order parameter for superconductivity. To achieve this, we adapted a spectral method, already used in the study of the dynamics of Bose-Einstein condensates, to the problem of superconductivity. Two types of coupling between the order parameter were studied: a biquadratic coupling and a trilinear one that spontaneously breaks the symmetry in a particular crystalline direction. As a first step, we studied the interaction between vortices in the presence of nematicity to determine how it modifies the frontier between Type I and Type II superconductivity. Then, we studied the interaction between a vortex and a nematic domain wall for different values of the coupling parameters. We showed that the interaction can be both attractive and repulsive, depending on the values of the biquadractic coupling, and that the anisotropy in the vortex cores produces a force in the direction of the wall that modifies their trajectories. Finally, we propose the use of potential traps which allows us to tackle the problem of multiple vortices and the way in which they organise, both in a background of constant nematicity and in the presence of nematic domain walls.
Fil: Severino, Ramiro Sebastián. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.