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Avances en Superconductores y sus Aplicaciones
J. I. Martín
Universidad de Oviedo
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Nb
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Diagrama de Fases de un superconductor Tipo II
Hay un tercer eje
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Corriente crítica
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Aplicaciones
Tren MAGLEV
Efecto Meissner
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AplicacionesTren MAGLEV
Levitación Guía
Propulsión
Efecto Meissner
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Aplicaciones
Conducción eléctrica
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AplicacionesConducción eléctrica
HTS
Nueva York
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AplicacionesCampos magnéticos intensos
RMN
MRI
(Campos magnéticos intensos – acumuladores de energía)
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AplicacionesEfecto Josephson SQUID
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AplicacionesFiltros
Normal: R Superc: L
ω0 = R/L
1011 Hz
Q = 1010
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Red de vórtices
Red de vortices en Pb-4%at, 1.1 KU. Essman and H. Trauble, 1967
Red de Abrikosov:- hexagonal- a0 = 1.075 (ΦΦΦΦ0/B)1/2
- núcleo ~ ξξξξ (long. coherente)- J ~ λλλλ (long. penetración)
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Resistencia en el estado mixto:movimiento de vórtices
H
J
E
vL
FL
E=-vL x H/cJosephson (1965)
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Disipación por movimiento de vórtices
T = 8.2 K
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Superconductor
vórticedefecto
r
U
Anclaje de vortices por defectos
Tamaño óptimo defecto ~ ξξξξ λλλλ
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PROXIMIDAD
LONGITUD CARACTERÍSTICA
NANOESTRUCTURAS MAGNÉTICAS SUPERCONDUCTOR
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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 nmMartín, Vélez, Nogués y Schuller, PRL (1997)
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• 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
Procesos de fabricación de nanoestructuras
Martín, Nogués, Liu, Vicent, Schuller, review JMMM (2003)
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Lift-offCrecimiento de Co, Ni, Fe
Reveladoescritura con el haz de e-
e-
PMMA
Si(100)Si(100)
Si(100)
PuntosMagnéticos
Si(100)
Litografía por haz de electrones
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Película de Nb + Red de puntos magnéticos
substrato Si
Película de Nb
Puntos Magnéticos
100 nm
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Película de Nb con una red triangular de puntos de Ni
Martín, Vélez, Nogués y Schuller, PRL (1997)a0 = 1.075 (ΦΦΦΦ0/B)
1/2
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Componente perpendicular del campo aplicado
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Anclaje sincronizado en distintas geometrías: distorsiones en la red de vórtices
red cuadrada
red Kagomé
Redes de cilindros de Ni en una lámina de NbMorgan y Ketterson, PRL (1998)
Imagen de microscopía Lorentz de vórtices sobre una red cuadrada de defectos
Harada et al, Science 1996
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Movimiento de vórtices en presencia de una red cuadrada de defectos
Harada et al, Science 1996
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Puntos magnéticos vs.
Puntos no magnéticos
Redes de puntos de Ni y Ag en una lámina de NbJaccard, Martín, Cyrille, Vélez, Vicent y Schuller, PRB (1998)
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Estado de imanación de los puntos magnéticos
Red triangular de puntos de Co en una lámina de PbVan Bael, Temst, Moschlakov y Bruynseraede, PRB (1999)
Puntos de Co, d = 1 µm
Imanado
Desimanado
Anclaje por el campo de fugas de los puntos magneticosVan Bael et al, PRL (2001)
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Mecanismos de anclaje
Interacción con el momento
magnético del dot
FP = ΦΦΦΦ0mz/2πµπµπµπµ0ξλξλξλξλ2 ~ (1-T/TC)3/2
Efecto de proximidad
FP = ΦΦΦΦ02t/16πκπκπκπκ2µµµµ0ξξξξ
3~ (1-T/TC)3/2
Martín, Vélez, Hoffmann, Schuller y Vicent, PRB (2000)
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Efectos de Tamaño/Separación de los puntos magnéticos
Redes de puntos de Ni de distintos tamañosen una película de Nb
Hoffmann, Prieto y Schuller, PRB (2000)
Anclaje débil Red de hilos Superconductores (SWN)
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Velocidad óptima de anclaje
Yaron et al, PRL (1994)
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Velocidad óptima de anclaje
Vélez, Jaque, Martín, Guinea y Vicent, PRB 2002
J ------ FV ----- v
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Defectos naturales aleatorios
Defectos aleatorios vs. Redes ordenadas
vL < 1 m/s
�Red de vórtices desordenada
�Anclaje por defectos naturales aleatorios
Baja velocidad
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a0
Defectos aleatorios vs. Redes ordenadas
1m/s < vL < 100 m/s
�Red de vórtices ordenada
�Anclaje sincronizado por red ordenada de puntos
Velocidad Intermedia
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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
Redes rectangulares: Reconfiguración
Martín, Vélez, Hoffmann, Schuller y Vicent, PRL 1999
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Balance de Energías en la reconfiguraciónrectangular-cuadrada
∆EPinning = ∆EElastica∆Eelastica= Erect - Ecuad
Energía libre de Gibbs
∆∆∆∆G = εεεε1 B/ΦΦΦΦ0 + ∑∑∑∑i>j Fij -BH/4ππππ
Término de interacciones
∑∑∑∑i>j Fij = (ΦΦΦΦ02/8ππππ2λλλλ2) ∑∑∑∑i>j K0(rij /λλλλ)
∆∆∆∆Eelastica= ∑∑∑∑i>j Fij rect - ∑∑∑∑i>j Fij cuad
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Geometría A
Geometría B
Anisotropía según la dirección de la fuerza de Lorentz
Vélez, Jaque, Martín, Montero, Schuller y Vicent, PRB 2002
B
A
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Channeling
Centros puntuales Canales para el flujo de vórtices
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Movimiento de guiado de vórtices
Villegas, González, Montero, Schuller y Vicent, PRB 2003
J ------ FV ----- v
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10-4
10-3
10-2
10-1
100
-3 -2 -1 0 1 2 3
10-1
100
J5= 2.5·10
4 A/cm
2
J4= 5·10
4 A/cm
2
J3= 8.7·10
4 A/cm
2
J2= 1.2·10
5 A/cm
2
J1= 2.2·10
5 A/cm
2
ρ/ρ
n
J5= 2·10
3 A/cm
2
J4= 8·10
3 A/cm
2
J3= 1.2·10
3 A/cm
2
J2= 2.5·10
4 A/cm
2
J1= 5·10
4 A/cm
2
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
B (KOe)
Redes de líneas de Ni
Jaque, González, Martín, Anguita y Vicent, APL 2002
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b/d
0 1 2 3 4 5
a/d
0
1
2
3
4
5
channeling
a = d
chan
nel
ing
a = d + ξ
b = d
b = d + ξ
a = b
lines
lines
vortex flow in 1D channels
Easy flow J||X
Matching to line width J||Y
Supercond.wire
network
point pinning
low field rectangular VL
high field dynamic matching
square VL(J||X) triangular VL(J||Y)
Anclaje periódico en redes rectangulares
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Redes de triángulos: efecto ratchet
Villegas, Savel’ev, Nori, González, Anguita, García y Vicent, Science 2003
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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
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Efecto ratchet: vortices anclados vs intersticiales
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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
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UCSD:
I. K. Schuller
M. I. Montero
A. Hoffmann
Y. Jaccard
J. Nogués
P. Prieto
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)