Vortex dynamics in nanostructured systems superconductor-superconductor and superconductor-metal of one and two bands

Abstract

The overarching theme of the thesis are the emergent novel phenomena in two-component superconductors. My advisor in Colombia, Prof. Barba Ortega, has directed my research on two-component superconductors made of one same material, with properties spatially changed by either localized heating or nanostructuring. My advisor in Belgium, Prof. Milosevic, directed my research on samples made of two distinct superconducting materials, related to very recent experiments, with accompanying development of the theoretical model and the numerical implementation suited for high-performance computing. The principal objective of this thesis is to investigate the behavior of vortex matter under the effect of several configurations of pinning landscape with the inclusion of the enhanced surface, in several cases in this research, by using De Gennes’ boundary condition phenomenological parameter. Its effect is studied upon the vorticity, magnetic induction, Cooper pair density, magnetization and phase of the order parameter as functions of the external applied magnetic field.

El tema general de la tesis son los nuevos fenómenos emergentes en superconductores de dos componentes. Mi asesor en Colombia, el Prof. Barba Ortega, ha dirigido mi investigación sobre superconductores de dos componentes hechos de un mismo material, con propiedades modificadas espacialmente por calentamiento localizado o nanoestructuración. Mi asesor en B´Bélgica, el Prof. Milosevic, dirigío mi investigación sobre muestras hechas de dos materiales superconductores distintos, relacionados con experimentos muy recientes, junto con el desarrollo del modelo teórico y la implementación numérica adecuada para la computación de alto rendimiento. El objetivo principal de esta tesis es investigar el comportamiento de los vórtices bajo el efecto de varias configuraciones de puntos de anclaje con la inclusión de una superficie mejorada, considerada en varios casos en esta investigación, usando la condición de frontera de De Gennes, parámetro fenomenológico b 0 . Se estudia su efecto sobre la vorticidad, la inducción magnética, la densidad de pares de Cooper, la magnetización y la fase del parámetro de orden como funciones del campo magnético externo aplicado. Se considera un caso particular de manipulación espacial de la distribución del condensado superconductor en películas delgadas mediante cambios locales de las propiedades térmicas, pero también, incluyendo las variaciones de anisotropía a través de variaciones de Tc y el calentamiento localizado del superconductor T. Este enfoque simple proporciona la alternativa perfecta para la modulación del colectivo de vórtices, emergiendo en los superconductores tipo II como una respuesta natural al campo magnético aplicado, que hasta ahora estaba controlada puramente a través de centros de anclaje estáticos nanofabricados, cuya la intensidad y distribución no se pueden cambiar una vez que se define su distribución. También se considera en esta investigación la modulación del condensado superconductor a nanoescala a través del control del espesor sobre la superficie, el cual produce una distribución del quantum de flujo magnético debido a la simetría seleccionada que permite imponer la creación de configuraciones de vórtice, pero también ajustar los parámetros críticos del superconductor que puede ser controlado. Nuestro resultado sugiere la posibilidad de modificar la superconductividad de una película delgada explotando efectos de tamaño cuántico dependientes del grosor. Dos manuscritos publicados en la Journal of low temperature physcis incluidos en este capítulo, en colaboración con el Profesor Edson Sardella (Universidade Estadual Paulista) y el Profesor José Barba, fueron citados más adelante en la revista Physical Review B por Baek, et al. [REF. [1]]. Finalmente, se presenta un estudio de la superconductividad de dos componentes, donde la muestra es una combinación de diferentes superconductores en una heteroestructura híbrida. Cubrimos una multitud de posibles híbridos superconductores de dos componentes, ya sea combinando dos materiales diferentes, o usando un mismo material con diferentes niveles de desorden y/o grosor diferente en dos regiones, donde esperamos que nuestros hallazgos mejoren la comprensión del procesos involucrados y ofrecer nuevas opciones para dispositivos cuánticos superconductores.