Orden y desorden en superconductividad

Resumen

El objetivo principal de esta tesis ha sido caracterizar, de la forma más completa posible, la superconductividad a escala nanoscópica. El título de la tesis, Orden y desorden en superconductividad, si bien es muy general, tiene la virtud de que enfatiza las características de los sistemas estudiados que más influyen en sus propiedades superconductoras. Es bien conocido que en superconductividad aparecen muchos fenómenos interesantes relacionados con los diversos tipos de ordenamientos. Alguno casos que se tratan en esta tesis son, el comportamiento de superconductores con distinto ordenamiento atómico (cristalinos y amorfos), la coexistencia de superconductividad con otros órdenes electrónicos, como el de onda de densidad de carga, o diversos aspectos relacionados con el ordenamiento de los vórtices en superconductores de tipo II, como son los asociados al anclaje de vórtices en defectos o a la fusión de la red. Con este , se han estudiado las propiedades superconductoras a escala local de dos sistemas cristalinos y un superconductor amorfo, mediante espectroscopía túnel de barrido a muy bajas temperaturas. Para ello se ha utilizado un STM instalado en un criostato de dilución, ambos descritos en el capítulo 2 junto con la metodología experimental. Como ya se ha discutido, el STM es único para estudiar variaciones espaciales de la densidad de estados superconductora que, como también hemos visto, de acuerdo con las distintas teorías, ocurren en distancias del rango de la longitud de coherencia. Uno de los objetivos de esta tesis ha sido investigar qué ocurre con la superconductividad en sistemas puros y ordenados a escala más pequeña, la escala del átomo. Para ello hemos elegido el superconductor 2H-NbSe2 considerado, por muchos, superconductor referencia en experimentos de espectroscopía túnel. Los resultados de este estudio se presentan en el capítulo 3. Otro de los objetivos ha sido obtener información a escala local del comportamiento de los vórtices en superconductores de tipo II, en especial, la estructura electrónica de cada uno de los vórtices, y la dinámica de la red. Veremos que la variación espacial de la densidad de estados en la escala de » que tiene lugar en los vórtices refleja la naturaleza intrínseca de sus propiedades superconductoras. Un ejemplo claro de esto vuelve a ser, como se ha discutido antes, 2H-NbSe2 y sus peculiares vórtices con forma de estrella de seis picos. Las interacciones entre los vórtices, y de éstos con el material superconductor subyacente, conducen a la presencia de diversos fenómenos que pueden ser observados y estudiados con mucho detalle, de forma directa y a escala local, mediante STM. Con estos objetivos en mente, hemos investigado la fase de vórtices de dos superconductores de tipo II bien distintos, cuyas propiedades no habían sido caracterizadas hasta ahora. Por un lado, el superconductor cristalino 2H-NbS2 perteneciente a la misma familia que 2H-NbSe2. Puesto que se trata de superconductores con propiedades muy similares, un estudio comparativo de sus fases de vórtices revela importantes evidencias acerca del origen de la forma de estrella de los vórtices en 2H-NbSe2. Por otro lado, un superconductor amorfo cuyo principal componente metálico es W. Por sus características, la red de vórtices en este superconductor tiene un marcado carácter bidimensional y se pueden observar fenómenos de gran interés, entre los que destaca la fusión de la red de vórtices. Los resultados de este estudio se presentan en el capítulo 5. Previamente, en el capítulo 4 se detalla la caracterización de las propiedades de estos materiales en ausencia de campo magnético, discutiendo como influyen, en la densidad de estados superconductora, sus diferentes ordenamientos atómicos.