Diseño e implementación de MEMS para mediciones de transiciones de fase en sistemas de vórtices superconductores con desorden.

La presente tesis describe el estudio experimental del efecto de potenciales correlacionados desordenados en muestras mesoscópicas del superconductor YBa_2Cu_3O_7δ (YBCO). Para realizar estas medidas usamos la técnica de magnetometría de torque de alta sensibilidad implementando dispositivos micro-m...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Pérez, Diego J.
Formato: Tesis NonPeerReviewed
Lenguaje:Español
Publicado: 2015
Materias:
Acceso en línea:http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/868/1/Perez.pdf
Aporte de:
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description La presente tesis describe el estudio experimental del efecto de potenciales correlacionados desordenados en muestras mesoscópicas del superconductor YBa_2Cu_3O_7δ (YBCO). Para realizar estas medidas usamos la técnica de magnetometría de torque de alta sensibilidad implementando dispositivos micro-maquinados de Silicio (MEMS). La existencia de vórtices en superconductores de alta temperatura en un rango amplio de temperaturas y campos magnéticos, sujetos a fluctuaciones térmicas y a potenciales de desorden, hace que el estudio de los mismos sea de gran importancia. Distintas fases de sólidos y líquido de vórtices han sido observadas en la estructura de vórtices en donde el sólido puede ser, según el tipo de defectos con el cual los vórtices interactúan, un cristal o un vidrio. La presencia de defectos correlacionados en una dirección, tales como defectos columnares o maclas, da lugar a la existencia de una transición de fase de segundo orden a una temperatura T* < T_c desde un sólido vidrioso (denominado vidrio de Bose) al líquido de vórtices. Para el estudio de la respuesta magnética de muestras de YBCO con una sola familia de maclas hemos diseñado, fabricado y caracterizado micro-magnetómetros con distintas sensibilidades y rangos de operación. La magnetometría de torque resulta ser un herramienta efectiva para reflejar las características termodinámicas de la transición del vidrio de Bose en discos de YBCO de 100 µm de diámetro y 10 µm de espesor. Los sensores torsionales utilizados en esta tesis son similares a los encontrados en la literatura, usados para medir la entrada individual de vórtices en una muestra superconductora o realizando las medidas más precisas reportadas de la fuerza Casimir. Nuestros resultados presentan evidencia experimental de la transición de fase continua, revelando a una temperatura T*, dependiente del ángulo y el campo magnético, la aparición de una magnetización en la dirección transversal. Esta magnetización apantalla la componente perpendicular del campo magnético aplicado. Esto último es conocido como efecto Meissner transversal y constituye la principal predicción de la teoría del vidrio de Bose.
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La existencia de vórtices en superconductores de alta temperatura en un rango amplio de temperaturas y campos magnéticos, sujetos a fluctuaciones térmicas y a potenciales de desorden, hace que el estudio de los mismos sea de gran importancia. Distintas fases de sólidos y líquido de vórtices han sido observadas en la estructura de vórtices en donde el sólido puede ser, según el tipo de defectos con el cual los vórtices interactúan, un cristal o un vidrio. La presencia de defectos correlacionados en una dirección, tales como defectos columnares o maclas, da lugar a la existencia de una transición de fase de segundo orden a una temperatura T* < T_c desde un sólido vidrioso (denominado vidrio de Bose) al líquido de vórtices. Para el estudio de la respuesta magnética de muestras de YBCO con una sola familia de maclas hemos diseñado, fabricado y caracterizado micro-magnetómetros con distintas sensibilidades y rangos de operación. La magnetometría de torque resulta ser un herramienta efectiva para reflejar las características termodinámicas de la transición del vidrio de Bose en discos de YBCO de 100 µm de diámetro y 10 µm de espesor. Los sensores torsionales utilizados en esta tesis son similares a los encontrados en la literatura, usados para medir la entrada individual de vórtices en una muestra superconductora o realizando las medidas más precisas reportadas de la fuerza Casimir. Nuestros resultados presentan evidencia experimental de la transición de fase continua, revelando a una temperatura T*, dependiente del ángulo y el campo magnético, la aparición de una magnetización en la dirección transversal. Esta magnetización apantalla la componente perpendicular del campo magnético aplicado. Esto último es conocido como efecto Meissner transversal y constituye la principal predicción de la teoría del vidrio de Bose. The present thesis describes the experimental study of the effect of correlated potentials in mesoscopic superconducting samples YBa_2Cu_3O_7δ (YBCO). To perform these measurements, we use a high-sensitivity torque magnetometry technique implementing Microelectromechanical systems (MEMS). The existence of vortices in high temperature superconductors in a wide range of temperatures and magnetic fields, in presence of thermal fluctuations and potential of disorder, makes the study of them of great importance. Different vortex solids and vortex liquid phases have been observed in the vortex structure where the solid can be a crystal or a glass, depending on the type of defects with which the vortices interact. The presence of correlated defects in a sample direction, such as columnar or twin boundaries, results in the existence of a second order phase transition at a temperature, T* < Tc from a glassy solid state called Bose glass to the vortex liquid. For the study of the magnetic response of YBCO samples with a single family of twin boundaries, we have designed, fabricated and characterized micromagnetometers with different sensitivities and operating ranges. Torque magnetometry using these devices turns out to be an effective tool to reflect the thermodynamic characteristics of the Bose glass transition in 100um-disk of YBCO.The torsional sensors are similar to those found in the literature, used to measure chage in magnetizations due to individuals vortices within in a superconducting sample or performing the most precise measurements reported of the Casimir force. Our results present thermodynamic evidence of a continue phase transition, revealing at a temperature T*, that dependent on the angle and the magnetic field, the appearance of a magnetization in the transverse direction. This magnetization shields the perpendicular component of the applied field. This is known as a transverse Meissner effect and constitutes the main prediction of the Bose glass theory. 2015-09-19 Tesis NonPeerReviewed application/pdf http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/868/1/Perez.pdf es Pérez, Diego J. (2015) Diseño e implementación de MEMS para mediciones de transiciones de fase en sistemas de vórtices superconductores con desorden. / MEMS devices design and its implementation in phase transition measurements in systems of superconducting vortices with disorder. Tesis Doctoral en Física, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro. http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/868/