Kolton, Alejandro (2003) Dinámica de no-equilibrio en sistemas de vortices en superconductores. / Non-equilibrium dynamics of vortex systems in superconductors. Tesis Doctoral en Física, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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| PDF (Tesis) Español 3490Kb |
Resumen en español
En esta tesis estudiamos numéricamente los regímenes dinámicos estacionarios de no equilibrio de redes de vórtices impulsadas en films superconductores delgados y en superconductores laminares fuertemente anisotrópicos con desorden. Analizamos la mecánica estadística de no equilibrio y caracterizamos las fases y transiciones dinámicas con propiedades experimentalmente accesibles. Estudiamos además la dinámica de no equilibrio de relajación de un sistema de electrones fuertemente localizados en un aislador de Anderson. En films superconductores bidimensionales encontramos que por encima de la corriente crítica Fc hay dos transiciones de fase dinámicas en Fp y Ft, las cuales podrían ser observadas mediante mediciones simultáneas del voltaje longitudinal y del voltaje transversal o Hall. En Fp hay una transición de un régimen de flujo plástico a un régimen de flujo esméctico donde el ruido en el voltaje es isotrópico (ruido Hall = ruido longitudinal), y hay un pico en la resistencia diferencial. En Ft hay una transición brusca a un sólido transversal congelado donde el ruido Hall cae abruptamente y el movimiento de vórtices se localiza en la dirección transversal. Encontramos escalones de mode-locking en las características corriente-voltaje cuando se aplica una corriente ac paralela o perpendicular a la corriente dc. Para bajas frecuencias hay mode-locking por encima de una amplitud ac finita, mientras que para altas frecuencias hay mode-locking para cualquier fuerza ac pequeña. Esto está correlacionado con la naturaleza del orden temporal longitudinal y transversal en los diferentes regímenes en ausencia de la fuerza ac. El estado sincronizado es un sólido congelado anclado en el sistema de referencia de centro de masa. En el caso de ac longitudinal el desanclaje del escalón muestra flujo plástico e histéresis. A partir de una relación de fluctuación-disipación generalizada calculamos una temperatura efectiva transversal en la fase fluída en movimiento. Encontramos que la temperatura efectiva decrece incrementando la fuerza impulsora y es aproximadamente igual a la temperatura de fusión de equilibrio del sistema sin anclaje cuando ocurre el congelamiento transversal dinámico. Tambiién discutimos como la temperatura efectiva podría ser medida experimentalmente a partir de una fórmula de Kubo generalizada. Estudiamos los regímenes dinámicos en tres dimensiones de vórtices impulsados en superconductores fuertemente laminares con anclaje fuerte. Por encima de la corriente crítica Fc, encontramos un régimen de flujo plástico en el cual panqueques de distintos planos están desacoplados, correspondiendo a un gas de panqueques. A una fuerza más alta F, hay un régimen de flujo esméctico con orden inter-capa de corto alcance, correspondiendo a un líquido de líneas enredado. A una fuerza aún más alta, los desplazamientos transversales se congelan y los vórtices se correlacionan a lo largo del eje-c, resultando un sólido transversal. Finalmente, a una fuerza Fs los desplazamientos longitudinales se congelan y encontramos un sólido coherente de líneas rígidas. Estudiamos la relajación lenta de no equilibrio de electrones en un aislador de Anderson mediante simulaciones de Monte Carlo del modelo del vidrio de Coulomb de Efros y Schklovskii. Las funciones de correlación de dos tiempos C(t,tw) muestran que a temperaturas bajas el sistema cae fuera de equilibrio y presenta envejecimiento simple, C(t,tw) ̃ f(t/tw) donde tw es el tiempo de espera o “edad” del sistema. Aumentando la temperatura la estacionaridad se recupera luego de un largo crossover. Los resultados obtenidos están de acuerdo con experimentos recientes en semiconductores dopados y podrán también describir la relajación del vidrio de Bose de vórtices en superconductores con defectos columnares, en el régimen de variable-range-hopping, para campos magnéticos Hc1 «l B < BΦ, donde BΦ es el campo de encaje.
Resumen en inglés
In this thesis we study numerically the non-equilibrium dynamical regimes of driven vortex lattices in thin film superconductors and strongly layered superconductors with disorder. We analize the non equilibrium statistical mechanics and caracterize the different dynamical phases and transitions with properties experimentally accesible. We have also studied the non-equilibrium non-stationary dynamics of an electron system with strongly localized electronic states in an Anderson insulator. In thin film superconductors we find that above the critical force Fc there are two dynamical phase transitions at Fp and $Ft, which could be observed in simultaneous measurements of the longitudinal and Hall voltage. At Fp there is a transition from plastic flow to smectic flow, where the voltage noise is isotropic (Hall noise = longitudinal noise), there is a peak in the differential resistance and the transverse diffusion constant is maximun. At Ft there is a sharp transition to a frozen transverse solid, where the Hall noise falls abruptly and vortex motion is localized in the transverse direction. We find mode-locking steps in current-voltage characteristics of ac-driven vortex lattices with random pinning, both when the ac-current is perpendicular or parallel to the dc-current. For low frequencies there is mode-locking above a finite ac-force amplitude, while for large frequencies there is mode-locking for any small ac-force. This is correlated with the nature of temporal order in the different regimens in the absence of ac drive. The mode-locked state is a frozen solid pinned in the moving frame of reference, and the depinning from the step shows plastic flow and hysteresis. We also study correlation and response functions in nonquilibrium driven vortex lattices with random pinning. From a generalized fluctuation-dissipation relation, we calculate an effective tranverse temperature in the fluid moving phase. We find that the effective temperature decreases with increasing driving force and becomes equal to the equilibrium melting temperature when the dynamic transverse freezing occurs. We also discuss how the effective temperature can be measured experimentally from a generalized Kubo formula. We have also studied a three-dimensional model of driven vortices in weakly coupled layered superconductors with strong pinning. Above the critical force Fc, we find a plastic flow regime in which pancakes in different layers are uncoupled, corresponding to a pancake gas. At a higher F, there is a smectic flow regime with short-range interlayer order, corresponding to an entangled line liquid. Later, the transverse displacements freeze and vortices become correlated along the c-axis, resulting in a transverse solid. Finally, at a force Fs, the longitudinal displacements freeze and we find a coherent solid of rigid lines. To finish we have studied the non-equilibrium relaxation in disordered systems with strongly localized electronic states using Monte Carlo simulations of the Coulomb glass Efros-Schklovsky model. Studying two-time correlation functions C(t,tw) we find that at low tempertures the systems falls out of equilibrium and there is simple aging, C(t,tw) ~ f(t/tw), where tw is the waiting time or ``age'' of the system. Aging effects disappear with increasing temperature, and stationarity is recovered after a long crossover. Our results agree with recent experiments in doped semiconductors and could describe also relaxation in the variable-range-hopping regime of the Bose glass phase of vortices in superconductors with columnar defects, for magnetic fields Hc1 <<B < B phi, where B phi is the matching field.
| Tipo de objeto: | Tesis (Tesis Doctoral en Física) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Vortices, Remolinos; pinning, out of equilibrium; Fuera de equilibrio; Transport; Transporte; Superconductors; Superconductores |
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| Materias: | Física Física > Mecánica estadística Física > Física del estado sólido Física > Superconductividad |
| Divisiones: | Investigación y aplicaciones no nucleares > Física > Teoría de sólidos |
| Código ID: | 280 |
| Depositado Por: | A. B. Kolton |
| Depositado En: | 24 Oct 2011 10:00 |
| Última Modificación: | 24 Oct 2011 11:47 |
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