Fluctuaciones espacio-temporales en redes de vórtices: hiperuniformidad, fusión bajo acoplamiento magnético y dinámica en medios desordenados
En esta tesis estudiamos diferentes aspectos de las redes de vórtices en superconductores de alta temperatura crítica, los cuales emergen de la competencia entre fluctuaciones térmicas, interacciones entre vórtices, desorden y corrientes aplicadas. Mediante simulaciones numéricas estudiamos la...
Guardado en:
| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2023
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1225/1/El%C3%ADas.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | En esta tesis estudiamos diferentes aspectos de las redes de vórtices en superconductores
de alta temperatura crítica, los cuales emergen de la competencia entre
fluctuaciones
térmicas, interacciones entre vórtices, desorden y corrientes aplicadas. Mediante simulaciones
numéricas estudiamos la transición de fusión de la red de vórtices como función
de la anisótropa y las interacciones magnéticas, a partir de un modelo XY tridimensional
modicado. Posteriormente, mediante un tratamiento hidrodinamico analtico,
clasicamos si las diferentes fases de la materia de vortices con desorden de acuerdo
a las
fluctuaciones de gran longitud de onda en la densidad, validando los resultados
con simulaciones numéricas y comparando con datos experimentales. Finalmente, estudiamos
numéricamente las propiedades estadísticas del no equilibrio de una línea de
vórtice impulsada en un medio desordenado.
Para la transición de fusión, utilizamos el modelo XY tridimensional uniformemente
frustrado, introduciendo las interacciones magnéticas generadas por las supercorrientes
mediante una frustración adicional calculada de forma autoconsistente. Esta frustración
, llamada campo de sustrato, estabiliza la fase solida reduciendo el efecto de las
fluctuaciones térmicas e incrementando el salto de entropía en la transición. Nuestros
resultados muestran que la variación de la intensidad del campo de sustrato es
aproximadamente equivalente a cambiar el campo magnético externo. Esta intensidad,
representa una escala de energía adicional en la energía libre, por lo que existe una
curva de fusión universal. Esta curva muestra que el máximo de salto de entropía
corresponde al punto en que la transición cambia su carácter de tridimensional a bidimensional,
es decir la fusión del solido a un líquido de líneas o un líquido de panqueques,
respectivamente.
Encontramos que la teoría hidrodinámica de lneas interactuantes predice que en
general los sistemas tridimensionales no son hiperuniformes. Sin embargo, si se analiza
un corte bidimensional transversal al campo aplicado, tanto el líquido de vórtices,
como la red de Abrikosov son hiperuniformes tipo II (S(q) ≈ q). La presencia de
desorden tiene un efecto importante en esta propiedad. Para un desorden puntual
débil, el liquido permanece hiperuniforme, pero para la fase de baja temperatura la
hiperuniformidad se vuelve marginal. Para desorden columnar, la hiperuniformidad
se destruye tanto para el líquido como para el vidrio de Bose. Si el desorden es de
tipo planar, existe un comportamiento anisotrópico del factor de estructura, siendo
el líquido no hiperuniforme en la dirección transversal a los defectos e hiperuniforme
para el resto de las direcciones. Para la fase de baja temperatura, por el otro lado,
la hiperuniformidad se suprime en todas las direcciones, pero de forma mas fuerte
en la dirección transversal a los defectos. Los datos experimentales de posiciones de
vórtices en el espacio real, obtenidas mediante decoraciones magnéticas, confirman
nuestras predicciones. Adicionalmente, estos datos muestran que existen fuertes efectos
de memoria de la fase liquida, debido a que los tiempos de relajación de las fases
vidriosas son extremadamente grandes.
Con respecto a la transición de desanclaje de una línea de vórtice aislada, impulsada
en un medio desordenado tridimensional, encontramos que es valida la aproximación
planar propuesta por Ertas y Kardar 1996. Esta aproximación establece que las propiedades
en la dirección de la fuerza impulsora (dirección paralela) son equivalentes
a la de una cuerda elástica impulsada en un medio desordenado bidimensional. Las
propiedades de la parte transversal, por el otro lado, son equivalentes a las de una
cuerda con temperatura en un medio bidimensional, con una temperatura efectiva depende
del avance de la línea en la dirección paralela. Mediante cálculos analíticos,
predecimos la dinámica derivada de la aproximación planar y sus exponentes críticos
en la transición de desanclaje. Posteriormente, validamos estas predicciones calculando
los exponentes críticos mediante simulaciones numéricas. Adicionalmente, encontramos
que en régimen de altas velocidades, las
fluctuaciones inducidas por el desorden imitan
a las
fluctuaciones térmicas, en ambas direcciones.
Estudiando la dinámica de una partícula impulsada en un medio desordenado, encontramos
que la temperatura efectiva inducida por desorden, depende de la velocidad
y de la naturaleza microscópica del desorden. Relacionando la temperatura efectiva
(Teff) con la dispersión inducida por el desorden (D) mediante una relación de Einstein
generalizada, estudiamos esta propiedad analíticamente utilizando un modelo sobreamortiguado.
Encontramos que D α f"-1 si es desorden es tipo random field y
que Dα f"-3 si es desorden es tipo random Bond. Mediante simulaciones numéricas
validamos estos resultados y encontramos que persisten para diversos modelos, los cuales
incluyen partículas masivas, brownianas, en medios uni o bidimensionales, con o
sin grados de libertad internos, en particular modelos micromagnéticos de paredes de
dominio magneticas en pistas ferromagneticas desordenadas unidimensionales. |
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