Modeling the response of thin superconductors to applied magnetic fields and currents

Resumen

Els superconductors, a més de presentar fenòmens sorprenents, tenen unes propietats que els fan útils per a moltes aplicacions. Aquestes van des d’aquelles que fan ús de la seva sensibilitat sota petites pertorbacions externes, fins a les que aprofiten la seva capacitat per transportar altes intensitats de corrent, i per tant generar camps magnètics intensos, amb poques pèrdues energètiques. En aquest treball estudiem teòricament alguns dels fenòmens involucrats en aquestes aplicacions per a aconseguir una millor comprensió de les mateixes. Més concretament determinem numèricament com es distribueixen els corrents en mostres primes superconductores quan a aquestes se’ls hi apliquen camps magnètics perpendiculars, corrents de transport, o ambdós simultàniament. En mostres primes la resposta del superconductor es veu fortament intensificada. Concretament les considerem en dos règims: els estats Meissner i crític. Per a simular aquests règims emprem els models de London i d’Estat Crític, respectivament. Per a obtenir els resultats fem ús del model de Minimització d’Energia Magnètica (MEM), ja emprat prèviament per a diferents geometries. Així doncs, el treball està estructurat de la següent manera. Al capítol 1, després d’introduir els superconductors i caracteritzar els de tipus II, presentem quines són les distribucions de camp i corrent, per a algunes geometries ja resoltes prèviament, en els dos règims considerats. Tot seguit, introduïm i definim els elements i magnituds presents en els sistemes que estudiarem, així com el model i el mètode numèric emprats per a l’obtenció dels resultats. Això es fa al capítol 2. Seguim amb el capítol 3, on es presenten les distribucions de corrent en mostres primes en estat Meissner, amb una longitud d’apantallament bidimensional ? arbitrària. Les geometries simulades inclouen cantonades, eixamplaments, estrenyiments i forats. Tot seguit analitzem l’efecte d’aquests corrents sobre un vòrtex que penetrés la mostra a prop d’una cantonada de 90o. Finalment estudiem corrents induïts i susceptibilitats en dues plaques, situades l’una a sobre de l’altra, sotmeses a un camp perpendicular. Al capítol 4 es consideren les mostres en l’estat crític. De nou estudiem com es comporten els corrents aplicats o induïts per un camp magnètic en cintes de diferents geometries. Aquí considerem diferents seqüències de les magnituds aplicades, i extraiem alguns comportaments generals derivats de l’aplicació d’aquestes. Seguim amb un estudi d’aquests corrents en una cinta amb forats, i acabem amb l’extensió de l’estudi sobre les dues plaques del capítol anterior, però aquest cop assumint que es troben en l’estat crític. El treball conclou amb el capítol 5, on es resumeixen algunes de les conclusions més importants que s’hi extreuen i s’esmenten algunes possibles vies futures amb les que donar-li continuïtat.