Controlling Vortex Pinning and Dynamics of Nanostructured YBCO Thin Films Grown by Chemical Solution Deposition

Resumen

Desde el descubrimiento de los Superconductores de Alta Temperatura (SCAT), se ha realizado un gran esfuerzo con tal de optimizar las propiedades eléctricas de estos materiales. A diferencia de los Superconductores convencionales de Baja Temperatura (SCBT), algunos de los SCAT son capaces de alcanzar el estado superconductor a la temperatura de ebullición del nitrógeno (77K) haciéndolos mucho más atractivos en cuanto a aplicaciones tecnológicas dados los reducidos costes de operación. Una de las principales aplicaciones de los SCAT es el transporte eléctrico. La ausencia de resistencia eléctrica de estos materiales cuando están por debajo de su temperatura crítica, Tc, hacen que puedan transportar hasta 10 veces más de potencia que los cables convencionales, o proporcionar una misma potencia con niveles muy inferiores de voltaje. Por otro lado, los SCAT han sido profundamente estudiados en el ámbito de la electrónica. En particular, nanohilos de SCAT pueden ser escalados a tamaños menores debido a sus pequeñas longitudes intrínsecas. Además, sus rápidos coeficientes de relajación permiten altos niveles de adquisición en experimentos de fotodetección cuando éstos son comparados con SCBT. No obstante, una de las características más importantes en el estudio de los SCAT es la presencia de líneas de flujo magnético cuantificadas, denominadas vórtices, en su diagrama de fase. Su mayor diferencia con respecto a los SCBT surge cuando se tienen en cuenta las altas excitaciones térmicas. Como consecuencia, una gran variedad de defectos de anclaje son necesarios con la finalidad de evitar (o controlar) la dinámica de los vórtices y por lo tanto, la disipación eléctrica resultante. El control del anclaje y la dinámica de los vórtices es la finalidad de esta tesis donde los principales resultados están presentados en los capítulos 3, 4 y 5. Previamente, en el capítulo 1 presentamos las principales propiedades superconductoras y en particular, las referidas al comportamiento de los vórtices en muestras de YBa2Cu3O7-x (YBCO -superconductor con el más amplio rango de operación-) crecidas por el método de deposición de soluciones químicas (DSQ). En el capítulo 2 exponemos las técnicas experimentales utilizadas así como los procedimientos de medida. En el capítulo 3, un gran análisis sobre el anclaje de vórtices es presentado. Un fenómeno sin precedentes en el anclaje de vórtices es demostrado el cual permite mejorar la densidad de corriente crítica y su anisotropía en presencia de fases secundarias no-superconductoras dentro de la matriz de YBCO. Además, un análisis de la dinámica de los vórtices con respecto a los defectos naturales de muestras de YBCO-DSQ es expuesto. En los capítulos 4 y 5 nos focalizamos en el control de la dinámica de los vórtices en capas finas de YBCO. En el capítulo 4 demostramos un sentido preferencial para el movimiento de los vórtices cuando nanoestructuras asimétricas son diseñadas en la capa de YBCO. Como consecuencia, una rectificación AC-DC es obtenida. En el capítulo 5, los estudios están centrados en la interacción entre materiales superconductores y ferromagnéticos. Se demuestra como introduciendo nanocilindros ferromagnéticos dentro de la matriz del YBCO, un enorme control sobre la densidad de corriente crítica es posible en función del estado magnético de los nanocilindros. Las conclusiones generales están expuestas y resumidas en el último capítulo. Finalmente, el procedimiento analítico utilizado en una simulación teórica presentada en el capítulo 5 es explicado en el apéndice.