Aragón Sáchez, Jazmín (2016) Visualización directa y modelado de la transición sólida orden-desorden en la materia de vórtices en superconductores / Direct visualization and simuation of the orde-disorder transition in the vortex matter in superconductors. Maestría en Ciencias Físicas, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
![[img]](/style/images/fileicons/application_pdf.png)
| PDF (Tesis) Español 6Mb |
Resumen en español
Las transiciones de fase sólido-sólido ocurren en muchos sistemas de materia condensada blanda tales como planos bidimensionales de electrones, plasmas y sistemas coloidales. Sin embargo, la observación directa de los cambios estructurales que se producen al atravesar esta transición no es sencilla. En este trabajo se estudian los cambios en las propiedades estructurales de la materia de vórtices en las cercanías de la transición orden-desorden del sólido de vórtices mediante técnicas experimentales y de simulación, en muestras de Bi-2212 prístinas e irradiadas con electrones a diferentes dosis. Esta irradiación produjo una disminución del campo de transición orden-desorden, II_sp, hasta valores accesibles con las técnicas experimentales de observación directa que utilizamos (H < 100 Oe). Se empleó la técnica de decoración magnética para visualizar la estructura de vórtices formada en las distintas fases que presenta la materia de vórtices en su diagrama de fases B vs. T. Este último se determinó independientemente mediante la técnica de magnetometría Hall local con métodos AC y DC, midiéndose los campos de transición orden-desorden H_sp y de fusión H_f . Se caracterizaron las propiedades estructurales, densidad de defectos, fuerza de interacción y factor de estructura, de la fase del vidrio de Bragg. Se modelaron las propiedades estéticas y dinámicas de la materia de vórtices a bajos campos magnéticos mediante un modelo bidimensional, analizando en particular los efectos de no equilibrio presentes en el protocolo de enfriamiento field-cooling utilizado en las decoraciones magnéticas. Al aumentar el campo en las cercanías de H_sp, se observó un aumento monótono, aunque con una pendiente suave, de la densidad de defectos topológicos, un ensanchamiento de los picos del factor de estructura, y un quiebre con pendiente mayor en la fuerza de anclaje creciente con H. Para estimar esta última se asume que la estructura de vórtices observada se encuentra en equilibrio y por lo tanto los desplazamientos de los vórtices individuales respecto a las posiciones de una red perfecta producen una distribución espacial de fuerzas de interacción inducida por el potencial de anclaje. Estimamos un valor característico de la fuerza de anclaje a cada campo magnético mediante el valor máximo de la distribución de la fuerza de interación entre vórtices individuales evaluada en más de 2500 vórtices. Las simulaciones ayudaron a entender los posibles efectos de no equilibrio que ocurren en los procesos de decoración field cooling. En particular, se encontró un incremento monótono en la densidad de defectos aumentando campo, que concuerda con lo observado en los experimentos. De acuerdo a las simulaciones, este aumento puede explicarse mediante un origen puramente dinámico. Remarcablemente, no fue posible resolver vórtices individuales de manera directa en las imágenes de decoración magnética para campos superiores a H_sp en ninguna de las dos muestras irradiadas estudiadas y en un rango de campos H > H_sp amplio en el que si se observaron vórtices en muestras prístinas. Sin embargo, mediante las transformadas de Fourier de las imágenes de decoración se obtuvieron indicios de que la materia de vórtices no es amorfa ni policristalina para campos H #>~# H_sp en los que el efecto del segundo pico en la corriente crítica aun persiste. La limitación de observación directa de la red de vórtices para ese rango de campos puede deberse a una limitación de la técnica experimental o a razones físicas de la fase del vidrio de vórtices estable a H > H_sp. Estas posibilidades se discuten al final del trabajo.
Resumen en inglés
Solid-solid transitions take place in many condensed matter systems, such as electrons sheets, dusty plasmas and colloidal systems. The direct observation of the structural transformations through this transition is usually difficult. This thesis provides a study of the structural transformations in the vortex matter in pristine and electron irradiated Bi-2212, near to the order-disorder transition by experimental techniques and computer simulations. This irradiation produced a strong depression of order-disorder magnetic field II_sp. In order to study the vortex structural transformations through the order-disorder transition we used the magnetic decoration technique. We studied the phase diagram of the vortex matter B vs. T in the samples with the continuous (DC) and modulated (AC) techniques of local Hall probe magnetometry. We characterized structural properties, defect density, interaction force and structure factor of the Bragg glass. By computer simulations of a two dimensional vortex system we modelled the statical and dynamical properties of the vortex matter at low magnetic fields, we particularly analyzed non-equilibrium effects in the field cooling process, that is used in the magnetics decorations. While we approach to the H_sp field transition, we observed a smooth and monotone increasing in the topological defect density, a widening in the diffraction peaks and a break in the slope of the pinning force curve. In order to estimate the pinning force we assumed that the observed vortex structure is in equilibrium and the vortex displacements respect to the equilibrium position produced a spatial distribution of the interaction force induced by the pinning force. We estimate the characteristic value of the pinning force for each magnetic field using the maximum value in the distribution of the individual vortex interaction force evaluated in more than 2500 vortexes. Simulations help us to understand the possible non-equilibrium effects that occurs en the field cooling process. Particularly, we noticed a monotone rise in the defect density while incrementing the applied field, as observed experimentally. According to the simulations, this rise can have a pure dynamic origin, however. We were not able to resolve the vortex structure in the direct space at higher fields than H_sp in the studied irradiated samples in a wide field range H > H_sp while we observed individual vortexes in the pristine samples at the same fields. Nevertheless we observed an ordered and monocrystalline vortex structure at H #>~# H_sp by the Fourier transformations of the decoration images. This result might be due to a experimental limitation or a physical reasons of the vortex glass at H > H_sp. This two possibilities are discussed at the end of the thesis.
| Tipo de objeto: | Tesis (Maestría en Ciencias Físicas) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Order-disorder model; Modelo orden-desorden; Superconductors; Superconductores; Vortices; Remolinos; [Orden-disorden transition; Transición orden-desorden; Vortex matter; Materia de vórtices; Magnetic decoration; Decoración magnética; Numeric simulations; Simulaciones numéricas; Electron irradiation; Irradiación con electrones] |
| Referencias: | [1] Kamerlingh Onnes, H. Leiden Comm, 120b, 122b, 124c, 1911. 1 [2] Meissner, W., Ochsendeld, R. Naturwissenschaften, 21, 787, 1933. 1 [3] London, F., London, H. The Royal Society, 149, 1935. 1 [4] Ginzburg, V. L., Landau, s. L. D. Zh. Eksperim. i Teor. Fiz, 20, 1064, 1950. 1 [5] Bardeen, J., Cooper, L. N., Schrieer, J. R. Phys. Rev., 108, 1175, 1957. 1 [6] Abrikosov, A. A. Zh. Eksperim. i Teor. Fiz, 32, 1442, 1957. 2 [7] Tinkham, M. 2a edon. McGraw-Hill, 1996. 2, 3, 19, 52 [8] Blater, G., et al. Rev. Mod. Phys, 6, 1125, 1994. 2 [9] Albornoz, L. Carrera de Maestra en Ciencias Fsicas, Instituto Balseiro, UNCuyo. 2015. 2, 9, 24, 26, 28 [10] Kleiner, W. H., et al. Phys. Rev., 133, A1226, 1964. 3 [11] Essmann, U., Trauble, H. Phys. Lett., 24 A, 526, 1967. 3 [12] Fasano, Y. Tesis Carrera de Doctorado en Fsica, Instituto Balseiro, UNCuyo. 2003. 3, 6, 7, 17, 18, 19, 20, 22 [13] Bednorz, G., Muller, K. A. Z. Phys, B64, 189, 1986. 4 [14] Cyrot, M., Pavuana, D. Continental Press, 1992. 4 [15] Cejas Bolecek, N. R. Tesis Carrera de Doctorado en Fsica, Instituto Balseiro, UNCuyo. 2015. 4, 17 [16] van der Beek, C. Thermodynamique des vortex dans les supraconducteurs desor- donnes, 2010. 4 [17] Pastoriza, H., et al. Phys. Rev. Lett., 72, 2951, 1994. 5 [18] Giamarchi, T., Doussal, P. L. Phys. Rev. Lett., 72, 1530, 1994. 7 [19] Klein, T., et al. Nature, 413, 404, 2001. 7 [20] Pautrat, A., et al. Phys. Rev. B, 75, 224512, 2007. 8 [21] Kim, P., Yao, Z., Bolle, C. A., Lieber, C. Phys. Rev. B, 69, R12589{R12592, 1999. 8 [22] Fasano, Y., De Seta, M., Menghini, M., Pastoriza, H., de la Cruz, F. PNAS, 102, 3898, 2005. 8 [23] Konczykowski, M., et al. Phys. Rev. B, 44, 7167, 1991. 8 [24] Tandeloo, G. V., et al. Phys. C., 167, 627, 1990. 8 [25] Baert, M., et al. Phys. Rev. Lett, 74, 3269, 1995. 8 [26] Bezryadin, A., Pannetier, J. J. Low Temp. Phyis., 102, 73, 1996. 9 [27] Menghini, M., et al. Phys. Rev Lett., 90, 147001, 2003. 9, 10 [28] Konczykowski, M., van der Beek, C. J., Koshelev, A. E., Li, M., Kes, P. H. Journal of Physics Conference Series, 150, 2009. 10, 11, 31 [29] Lindemann, F. Phys. Z., 11, 609, 1910. 11 [30] Grimes, C. C., Adams, G. Phys. Rev. Lett., 42, 795, 1979. 12 [31] Thomas, H. M., Morll, G. E. Nature, 379, 806, 1996. 12 [32] Murray, C. A., Van Winklw, D. H. Phys. Rev. Lett., 58, 1200, 1987. 12 [33] Kosterlitz, J. M., Thouless, D. J. J. Phys. C, 6, 1181, 1973. 12 [34] Zehetmayer, M. Scientic Reports, 5, 9244, 2015. 12, 13 [35] Eskildsen, M. Front. Phys., 6, 398, 2011. 15, 22 [36] Fasano, Y., Menghini, M. Superconductor Science and Technology, pag. 21(2):023001, 2008. 15 [37] Bitter, F. Phys. Rev, 38, 1903, 1931. 16 [38] Essmann, U., Trauble, H. Phys. Rev. Lett., 24A, 526, 1967. 16 [39] Vinnikov, L. Y., Barkov, T. L., Caneld, P. C., Budko, S. L., G., K. V. Phys, Rev. B, 64, 024504, 2001. 16 [40] Gammel, P. L., et al. Phys. Rev. Lett., 68, 3343, 1992. 20 [41] Herbsommer, J. A., et al. Phys. Rev. B, 62, 3534, 2000. 20 [42] Cejas Bolecek, N. R., et al. Phys. Rev. B, 93, 054505, 2016. 20 [43] Ashcroft, N. W., Mermin, N. D. Cengage Learning, 1976. 22, 23 [44] Hall, E. H. American Journal of mathematics, 2, 287, 1879. 23 [45] Novoselov, K. S., et al. J. Appl. Phys, 93, 10053, 2003. 24 [46] Dolz, M. I., et al. Phis. Rev. B, 90, 144507, 2014. 24, 27, 28, 29, 30, 38 [47] Zeldov, E., et al. Nature, 375, 373, 1995. 27 [48] Morozov, N., et al. Phys. Rev. B, 54, R3784, 1996. 27 [49] Bean, C. P. Phys. Rev. Lett., 8, 250, 1962. 29 [50] Avraham, N., et al. Nature, 411, 451, 2011. 29 [51] van der Beek, C. J., et al. Phys. Rev. B, 51, 15492, 1995. 30 [52] Rapaport, D. C. 2a edon. Cambridge University Press, 2004. 34 [53] Cejas Bolecek, N. R., et al. Phys. Rev. B, 93, 054505, 2016. 53 [54] Nattermann, T., Scheidl, S. Adv.Phys., 49, 607, 2000. 63 [55] Caillol, J. M., Levesque, D., Weis, H. J. P., J. J. Stat. Phys., 28, 325, 1982. 63 [56] Hirth, J. P., Jens, L. Krieger Pub. Co., 1992. 65 |
| Materias: | Física > Superconductividad |
| Divisiones: | Gcia. de área de Investigación y aplicaciones no nucleares > Gcia. de Física > Materia condensada > Bajas temperaturas |
| Código ID: | 599 |
| Depositado Por: | Tamara Cárcamo |
| Depositado En: | 02 May 2017 15:19 |
| Última Modificación: | 02 May 2017 15:19 |
Personal del repositorio solamente: página de control del documento
