Avances en Superconductores y sus Aplicaciones. J. I. Martín Universidad de Oviedo

Transcripción

1 Avances en Superconductores y sus Aplicaciones J. I. Martín Universidad de Oviedo

2 Nb

3 Diagrama de Fases de un superconductor Tipo II Hay un tercer eje

4 Corriente crítica

5 Aplicaciones Efecto Meissner Tren MAGLEV

6 Aplicaciones Tren MAGLEV Levitación Guía Propulsión Efecto Meissner

7 Aplicaciones Conducción eléctrica

8 Aplicaciones Conducción eléctrica HTS Nueva York

9 Aplicaciones Campos magnéticos intensos RMN MRI (Campos magnéticos intensos acumuladores de energía)

10 Aplicaciones Efecto Josephson SQUID

11 Aplicaciones Filtros Normal: R Superc: L ω 0 = R/L Hz Q = 10 10

12 Red de vórtices Red de Abrikosov: - hexagonal - a 0 = (Φ 0 /B) 1/2 - núcleo ~ ξ (long. coherente) - J ~ λ (long. penetración) Red de vortices en Pb-4%at, 1.1 K U. Essman and H. Trauble, 1967

13 Resistencia en el estado mixto: movimiento de vórtices J H E v L F L E=-v L x H/c Josephson (1965)

14 Disipación por movimiento de vórtices T = 8.2 K

15 Anclaje de vortices por defectos Superconductor vórtice defecto Tamaño óptimo defecto ~ ξ λ U r

16 PROXIMIDAD LONGITUD CARACTERÍSTICA NANOESTRUCTURAS MAGNÉTICAS SUPERCONDUCTOR

17 Nanoestructuras magnéticas: redes ordenadas de defectos submicrométricos Red de vórtices en NbSe 2 (1.8 K, 1T) Hess et al (1989) Red Triangular de puntos de Ni, d = 410 nm Martín, Vélez, Nogués y Schuller, PRL (1997)

18 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)

19 Litografía por haz de electrones escritura con el haz de e - e - Revelado PMMA Si(100) Si(100) Crecimiento de Co, Ni, Fe Lift-off Puntos Magnéticos Si(100) Si(100)

20 Película de Nb + Red de puntos magnéticos Puntos Magnéticos Película de Nb 100 nm substrato Si

21 Película de Nb con una red triangular de puntos de Ni a 0 = (Φ 0 /B) 1/2 Martín, Vélez, Nogués y Schuller, PRL (1997)

22 Componente perpendicular del campo aplicado

23 Anclaje sincronizado en distintas geometrías: distorsiones en la red de vórtices red cuadrada red Kagomé Redes de cilindros de Ni en una lámina de Nb Morgan y Ketterson, PRL (1998) Imagen de microscopía Lorentz de vórtices sobre una red cuadrada de defectos Harada et al, Science 1996

24 Movimiento de vórtices en presencia de una red cuadrada de defectos Harada et al, Science 1996

25 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)

26 Estado de imanación de los puntos Desimanado magnéticos Imanado Anclaje por el campo de fugas de los puntos magneticos Van Bael et al, PRL (2001) Puntos de Co, d = 1 µm Red triangular de puntos de Co en una lámina de Pb Van Bael, Temst, Moschlakov y Bruynseraede, PRB (1999)

27 Mecanismos de anclaje Interacción con el momento magnético del dot F P = Φ 0 m z /2πµ 0 ξλ 2 ~ (1-T/T C ) 3/2 Efecto de proximidad F P = Φ 02 t/16πκ 2 µ 0 ξ 3 ~ (1-T/T C ) 3/2 Martín, Vélez, Hoffmann, Schuller y Vicent, PRB (2000)

28 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)

29 Velocidad óptima de anclaje Yaron et al, PRL (1994)

30 Velocidad óptima de anclaje J F V v Vélez, Jaque, Martín, Guinea y Vicent, PRB 2002

31 Defectos aleatorios vs. Redes Defectos naturales aleatorios ordenadas Baja velocidad v L < 1 m/s Red de vórtices desordenada Anclaje por defectos naturales aleatorios

32 Defectos aleatorios vs. Redes ordenadas a 0 Velocidad Intermedia 1m/s < v L < 100 m/s Red de vórtices ordenada Anclaje sincronizado por red ordenada de puntos

33 Redes rectangulares: Reconfiguración Red de puntos de Ni (625 nm 400 nm) en una lámina de Nb Experimental B low = 81±2 G B high = 112±5 G Teórico B rect = 83±2 G B cuad = 129±5 G Martín, Vélez, Hoffmann, Schuller y Vicent, PRL 1999

34 Balance de Energías en la reconfiguración rectangular-cuadrada E Pinning = E Elastica E elastica = E rect - E cuad Energía libre de Gibbs G = ε 1 B/Φ 0 + i>j F ij -BH/4π Término de interacciones i>j F ij = (Φ 02 /8π 2 λ 2 ) i>j K 0 (r ij /λ) E elastica = i>j F ij rect - i>j F ij cuad

35 Anisotropía según la dirección de la Geometría A fuerza de Lorentz A Geometría B B Vélez, Jaque, Martín, Montero, Schuller y Vicent, PRB 2002

36 Channeling Centros puntuales Canales para el flujo de vórtices

37 Movimiento de guiado de vórtices J F V v Villegas, González, Montero, Schuller y Vicent, PRB 2003

38 Redes de líneas de Ni J 5 = A/cm 2 ρ/ρ n J 4 = A/cm 2 J 3 = A/cm 2 J 2 = A/cm 2 J 1 = A/cm J 5 = A/cm 2 J 4 = A/cm 2 J 3 = A/cm 2 J 2 = A/cm 2 J 1 = A/cm B (KOe) Jaque, González, Martín, Anguita y Vicent, APL 2002

39 Anclaje periódico en redes rectangulares 5 b = d b = d + ξ a = b 4 a/d lines channeling Supercond. wire network lines channeling Easy flow J X Matching to line width J Y vortex flow in 1D channels b/d point pinning low field rectangular VL high field dynamic matching square VL(J X) triangular VL(J Y) a = d + ξ a = d

40 Redes de triángulos: efecto ratchet Villegas, Savel ev, Nori, González, Anguita, García y Vicent, Science 2003

41 Rectificador de vórtices F L (AC) v L (DC) Villegas, Savel ev, Nori, González, Anguita, García y Vicent, Science 2003 Villegas, González, González, Anguita, y Vicent, PRB 2005

42 Efecto ratchet: vortices anclados vs intersticiales

43 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

44 UCM: J. L. Vicent E. M. González J. E. Villegas M. P. González D. Jaque M. Vélez (UO) F. Guinea (ICMM) F. Nori (RIKEN) S. Savel ev (RIKEN) J.V. Anguita (IMM) R. García (IMM) UCSD: I. K. Schuller M. I. Montero A. Hoffmann Y. Jaccard J. Nogués P. Prieto