Avances en Superconductores y sus Aplicaciones - e
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Avances en Superconductores y sus Aplicaciones J. I. Martín Universidad de Oviedo Nb Diagrama de Fases de un superconductor Tipo II Hay un tercer eje Corriente crítica Aplicaciones Efecto Meissner Tren MAGLEV Aplicaciones Tren MAGLEV Levitación Guía Propulsión Efecto Meissner Aplicaciones Conducción eléctrica Aplicaciones Conducción eléctrica HTS Nueva York Aplicaciones Campos magnéticos intensos RMN MRI (Campos magnéticos intensos – acumuladores de energía) Aplicaciones Efecto Josephson SQUID Aplicaciones Filtros Normal: R Superc: L ω0 = R/L 1011 Hz Q = 1010 Red de vórtices Red de Abrikosov: - hexagonal Φ0/B)1/2 - a0 = 1.075 (Φ - núcleo ~ ξ (long. coherente) - J ~ λ (long. penetración) Red de vortices en Pb-4%at, 1.1 K U. Essman and H. Trauble, 1967 Resistencia en el estado mixto: movimiento de vórtices J E H vL FL E=-vL x H/c Josephson (1965) Disipación por movimiento de vórtices T = 8.2 K Anclaje de vortices por defectos vórtice defecto Superconductor Tamaño óptimo defecto ~ ξ λ U r PROXIMIDAD LONGITUD CARACTERÍSTICA NANOESTRUCTURAS MAGNÉTICAS SUPERCONDUCTOR Nanoestructuras magnéticas: redes ordenadas de defectos submicrométricos Red de vórtices en NbSe2 (1.8 K, 1T) Hess et al (1989) Red Triangular de puntos de Ni, d = 410 nm Martín, Vélez, Nogués y Schuller, PRL (1997) Procesos de fabricación de nanoestructuras • Litografía Óptica • Litografía por Rayos-X • Litografía por Interferometría Láser • Litografía por Haz de Electrones • Litografía por Haz de Iones • Nanoimpresión • Litografía por Barrido de Punta (STM/AFM) • Sistemas Autoorganizados Martín, Nogués, Liu, Vicent, Schuller, review JMMM (2003) Litografía por haz de electrones escritura con el haz de e - Revelado e- PMMA Si(100) Crecimiento de Co, Ni, Fe Si(100) Lift-off Puntos Magnéticos Si(100) Si(100) Película de Nb + Red de puntos magnéticos Puntos Magnéticos Película de Nb substrato Si 100 nm Película de Nb con una red triangular de puntos de Ni a0 = 1.075 (Φ Φ0/B)1/2 Martín, Vélez, Nogués y Schuller, PRL (1997) Componente perpendicular del campo aplicado Anclaje sincronizado en distintas geometrías: distorsiones en la red de vórtices red cuadrada red Kagomé Imagen de microscopía Lorentz de vórtices sobre una red cuadrada de defectos Harada et al, Science 1996 Redes de cilindros de Ni en una lámina de Nb Morgan y Ketterson, PRL (1998) Movimiento de vórtices en presencia de una red cuadrada de defectos Harada et al, Science 1996 Puntos magnéticos vs. Puntos no magnéticos Redes de puntos de Ni y Ag en una lámina de Nb Jaccard, Martín, Cyrille, Vélez, Vicent y Schuller, PRB (1998) Estado de imanación de los puntos magnéticos Desimanado Imanado Anclaje por el campo de fugas de los puntos magneticos Van Bael et al, PRL (2001) Red triangular de puntos de Co en una lámina de Pb Van Bael, Temst, Moschlakov y Bruynseraede, PRB (1999) Puntos de Co, d = 1 µm Mecanismos de anclaje Interacción con el momento magnético del dot FP = Φ0mz/2πµ πµ0ξλ2 ~ (1-T/TC)3/2 Efecto de proximidad FP = Φ02t/16πκ πκ2µ0ξ3~ (1-T/TC)3/2 Martín, Vélez, Hoffmann, Schuller y Vicent, PRB (2000) Efectos de Tamaño/Separación de los puntos magnéticos Redes de puntos de Ni de distintos tamaños en una película de Nb Hoffmann, Prieto y Schuller, PRB (2000) Anclaje débil Red de hilos Superconductores (SWN) Velocidad óptima de anclaje Yaron et al, PRL (1994) Velocidad óptima de anclaje J ------ F V ----- v Vélez, Jaque, Martín, Guinea y Vicent, PRB 2002 Defectos aleatorios vs. Redes ordenadas Defectos naturales aleatorios vL < 1 m/s Baja velocidad Red de vórtices desordenada Anclaje por defectos naturales aleatorios Defectos aleatorios vs. Redes ordenadas a0 1m/s < vL < 100 m/s Velocidad Intermedia Red de vórtices ordenada Anclaje sincronizado por red ordenada de puntos Redes rectangulares: Reconfiguración Red de puntos de Ni (625 nm × 400 nm) en una lámina de Nb Experimental ∆Blow = 81±2 G ∆Bhigh = 112±5 G Teórico ∆Brect = 83±2 G ∆Bcuad= 129±5 G Martín, Vélez, Hoffmann, Schuller y Vicent, PRL 1999 Balance de Energías en la reconfiguración rectangular-cuadrada ∆EPinning = ∆EElastica ∆Eelastica = Erect - Ecuad Energía libre de Gibbs ∆G = ε1 B/Φ Φ0 + ∑i>j Fij -BH/4π π Término de interacciones ∑i>j Fij = (Φ Φ02/8π π2λ2) ∑i>j K0(rij /λ λ) ∆Eelastica = ∑i>j Fij rect - ∑i>j Fij cuad Anisotropía según la dirección de la fuerza de Lorentz Geometría A A Geometría B B Vélez, Jaque, Martín, Montero, Schuller y Vicent, PRB 2002 Channeling Centros puntuales Canales para el flujo de vórtices Movimiento de guiado de vórtices J ------ F V ----- v Villegas, González, Montero, Schuller y Vicent, PRB 2003 Redes de líneas de Ni 0 10 -1 2 10 1 -2 10 4 2 J5= 2.5·10 A/cm 4 J4= 5·10 A/cm -3 10 ρ/ρn 2 4 2 5 2 5 2 J3= 8.7·10 A/cm -4 J2= 1.2·10 A/cm 3 5 J1= 2.2·10 A/cm 4 10 0 10 1 2 3 3 3 4 -1 10 2 J5= 2·10 A/cm 2 J4= 8·10 A/cm 3 2 J3= 1.2·10 A/cm 5 4 2 J2= 2.5·10 A/cm 4 2 J1= 5·10 A/cm -3 -2 -1 0 1 2 3 B (KOe) Jaque, González, Martín, Anguita y Vicent, APL 2002 b=d b=d+ξ Anclaje periódico en redes rectangulares a = b 5 channeling 4 a/d lines 3 2 point pinning low field rectangular VL high field dynamic matching square VL(J||X) triangular VL(J||Y) Supercond. wire network a=d+ξ channeling vortex flow in 1D channels 1 a=d lines Easy flow J||X Matching to line width J||Y 0 0 1 2 3 b/d 4 5 Redes de triángulos: efecto ratchet Villegas, Savel’ev, Nori, González, Anguita, García y Vicent, Science 2003 Rectificador de vórtices FL (AC) vL (DC) Villegas, Savel’ev, Nori, González, Anguita, García y Vicent, Science 2003 Villegas, González, González, Anguita, y Vicent, PRB 2005 Efecto ratchet: vortices anclados vs intersticiales Propiedades de los vórtices controladas por las nanoestructuras magnéticas Anclaje de la red de vórtices Ordenación de la red con la velocidad Elasticidad de la red de vórtices Guías de vórtices Rectificador de vórtices .... y más por conocer UCM: UCSD: J. L. Vicent I. K. Schuller E. M. González M. I. Montero J. E. Villegas A. Hoffmann M. P. González Y. Jaccard D. Jaque J. Nogués M. Vélez (UO) P. Prieto F. Guinea (ICMM) F. Nori (RIKEN) S. Savel’ev (RIKEN) J.V. Anguita (IMM) R. García (IMM)
