Dinámica de vórtices en redes de centros de anclaje desordenadas.
Un tema de gran interés en el campo de los superconductores tipo II, tanto desde el punto de vista científico como tecnológico, ha sido la dinámica de las líneas de flujo o vórtices. El movimiento de los vórtices se ve fuertemente afectado por el tipo, fuerza y correlación de los defectos presentes...
Guardado en:
| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2019
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/901/1/Sarmiento_Chavez.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | Un tema de gran interés en el campo de los superconductores tipo II, tanto desde el punto de vista científico como tecnológico, ha sido la dinámica de las líneas de flujo o vórtices. El movimiento de los vórtices se ve fuertemente afectado por el tipo, fuerza y correlación de los defectos presentes en el material superconductor. Esto ha impulsado a la comunidad científica a fabricar distintos tipos de defectos.
Particularmente, en lo que respecta a películas superconductoras de baja temperatura se han aplicado varias técnicas como litografía electrónica e irradiación de iones focalizados para fabricar centros de anclaje en escala submicrométrica. Estos fueron fabricados como huecos, puntos magnéticos, puntos no magnéticos, en un arreglo perfectamente periódico, como redes triangulares o cuadradas. Sorprendentemente un aspecto poco estudiado es la interacción de vórtices con centros de anclaje que presentan orden de corto o medio alcance. Esta última situación será el foco de este trabajo.
Para estudiar el efecto del desorden en redes de centros de anclaje sobre las propiedades de la red de vórtices superconductores se depositaron por pulverización catódica DC películas delgadas de Nb sobre membranas porosas de alúmina, cuya red de poros genera centros de anclaje de las lineas de flujo magnético. Dichas membranas porosas fueron crecidas por el Dr. Carlos Montón y su equipo de trabajo mediante el método de doble anodizado de aluminio, siendo el tiempo de primera anodización, el parámetro variable. Si bien este sistema (películas delgadas superconductoras depositadas sobre redes porosas de aluminio fabricadas mediante un proceso de anodización) ha sido previamente estudiado y caracterizado [1, 2, 3] hasta ahora no se ha profundizado en el estudio del efecto del desorden en dichas redes y su impacto sobre los propiedades del superconductor.
Con el fin de determinar el grado de orden de las redes porosas crecidas, se tomaron micrografías de la superficie de estas mediante SEM y haciendo uso de dos paquetes de software se caracterizaron las propiedades estructurales de la red de poros. Los resultados de este análisis permitieron determinar que aumentar el tiempo de primera anodización durante la fabricación conlleva a una red de poros mas ordenada, con características mas similares a una red policristalina de granos cada uno de ellos con estructura hexagonal.
Las propiedades superconductoras de las películas de Nb crecidas sobre el arreglo de centros de anclaje se determinaron midiendo magnetización en función de temperatura enfriando las muestras sin campo aplicado (Zero Field Cooling, ZFC) y con campo aplicado (Field Cooling, FC), encontrando que la temperatura crítica de las pelıculas se encuentra en un rango entre 7,5 - 8 K. Dado que nuestras muestras presentan topología no conexa, se realizaron mediciones de ZFC y FC a diferentes campos magnéticos, entre 0 y 10000 Oe, con el fin de determinar si se observaba el efecto Little-Parks, el cual fue de hecho observado.
Un efecto típico en un sistema como el nuestro, dada la periodicidad de la red de centros de anclaje, es el efecto de conmensuración entre la red de centros de anclaje y la red de vórtices. Este se observo como máximos en la diferencia entre ambas ramas de la curva de histéresis de magnetización a H ∼ 2200Oe. Adicionalmente se calculo la energía de anclaje Up mediante mediciones de relajación magnética y la teoría de “creep” de Anderson-Kim, encontrando que esta tiene un valor mayor para campos de conmensuración. Otro aspecto observado a partir de las mediciones de relajación fue que la energía de anclaje presenta una correlación no monótona con el grado de orden de la red de centros de anclaje, encontrando un anclaje mas efectivo para una red con desorden intermedio. Esto creemos se debe al grado de orden de las redes de centros de anclaje aquí trabajadas.
Finalmente, a pesar de que el título de esta tesis solo refleja un tema de investigación, durante el transcurso de la misma también se exploro la posibilidad de utilizar superredes de Nb/B para fabricar dispositivos sensores de neutrones por borde de transición (TES). Nuestra motivación reside en la reciente etapa de crisis que atraviesa la detección de neutrones debido a la restricción internacional en la venta de 3He, en base al cual se construyeron históricamente los detectores de neutrones. La idea, es utilizar la resistencia del Nb en la cercanía de la temperatura de transición (Tc) como el parámetro para detectar la energía depositada y el Boro como el material para capturar la radiación. Para ello se crecieron superredes de Nb / B mediante pulverización catódica DC y RF variando el espesor de Niobio y Boro. A estas, se les analizo la estructura cristalina encontrando que las capas de Nb presentan un crecimiento texturado en la dirección (110). Además se calculo el período de modulación de la superred y el espesor total de la muestra mediante reflectividad de rayos X.
Respecto a las propiedades superconductoras de las superredes de Nb/B se realiza- ron medidas de magnetización y transporte para determinar la temperatura critica y la densidad de corriente critica. De las medidas de temperatura critica pudimos verificar la reproducibilidad de los resultados.
Por último, con el fin de verificar si el sistema de superredes Nb / B es un buen candidato para un detector de borde de transición de neutrones se irradio una de las superredes fabricadas con un flujo de neutrones térmicos de 2, 53 × 10"7n/cm"2/s, con 3 % de incerteza. Problemas técnicos durante la irradiación ocasionaron que el flujo incidente fuera tres ordenes de magnitud superior a la usualmente usada en pruebas de este tipo. Aun así, posteriores mediciones de propiedades de transporte de la superred mostraron superconductividad después de la irradiación, evidenciando que esta es robusta. Si bien hace falta realizar mas irradiaciones para determinar si este sistema es apto, los resultados encontrados hasta ahora sugieren que el sistema Nb/B es un buen candidato para un detector de borde de transición de neutrones. |
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