Efecto de la proximidad con metales no magnéticos y materiales ferromagnéticos en la inestabilidad de Larkin-Ovchinnikov en sistemas superconductores desordenados

Conocer las velocidades límites alcanzables por los vórtices superconductores en la disipación es de utilidad por varias razones. Primero, es útil para realizar una medici ón indirecta del tiempo de relajación de cuasipartículas, parámetro necesario para el diseño y fabricación de detectores de f...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Blatter, Gastón
Formato: Tesis NonPeerReviewed
Lenguaje:Español
Publicado: 2023
Materias:
Materia condensada
Superconductivity
Superconductividad
Ferromagnetism
Ferromagnetismo
Vortices
Metals
Metales
[Bilayers
Bicapas
Larkin Ovchinnikov]
Acceso en línea:http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1236/1/1Blatter.pdf
Aporte de:
Repositorio Institucional Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro (RICABIB) de Instituto Balseiro
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Cuanto mayor sea la velocidad alcanzada por los vórtices, más pequeño es dicho tiempo y por lo tanto mayor resolución puede tener un detector. A su vez, es interesante dado que cuando las velocidades alcanzadas son de car´acter supersónico, aparece nueva física emergente asociada a radiación Cherenkov y ondas de espín en híbridos superconductor/ferromagneto. Se conoce que hay diversos factores que impactan en las velocidades alcanzables. Por mencionar algunos, se tiene el efecto de la rugosidad de las láminas superconductoras y los efectos de proximidad con capas magnéticas. Esto motivó la fabricación de bicapas superconductor/ferromagneto, y bicapas superconductor/metal no magnético para investigar en mayor detalle estos efectos. Como material superconductor se escogió el nitruro de molibdeno (Mo2N), que se caracteriza por su posibilidad de ser crecido a temperatura ambiente y amorfo, con una temperatura crítica de hasta 8 K. Como materiales magnéticos se seleccionaron FePt, Co y Fe_20Ni_80. El criterio seguido fue la diversidad en la estructura de dominios de estos sistemas. En cuanto a los materiales metálicos, se utilizaron Al, W y Pt, con un criterio basado en tener diferentes conductividades eléctricas/térmicas. Las bicapas fueron fabricadas mediante la técnica de sputtering, y posteriormente caracterizadas mediante las técnicas DRX, AFM, MFM, magnetometría SQUID y transporte eléctrico. Se construyeron microcircuitos sobre las muestras utilizando las técnicas de litografía óptica y comido iónico. Los resultados obtenidos muestran en primer lugar que para todas las bicapas, las velocidades alcanzadas son mayores que para una monocapa de Mo_2N. En el caso de las bicapas superconductor/metal no magnético, esto se asoció a la capacidad de las muestras en transportar calor, disminuyendo así el efecto de los calentamientos locales que pueden ser destructivos para la dinámica de vórtices. En el caso de las bicapas superconductor/ ferromagneto, se observaron incrementos aun mayores, asociados a efectos de proximidad magnéticos. Se observó además que cuando el sistema magnético tiene una estructura de dominios en forma de stripes, los incrementos de velocidad están prexi sentes únicamente si los mismos están alineados con el flujo de vórtices. De lo contario, se encontró una caída drástica de velocidades, para bajos valores de campo magnético. Para campos magnéticos moderados y altos, las velocidades medidas son iguales a las del resto de las bicapas superconductor/ferromagneto. Knowing the critical velocity reachable by superconducting vortices in the flux-flow state is valuable for several reasons. First, it is useful to perform an indirect measurement of the quasiparticle relaxation time, a necessary parameter for the design and construction of Superconducting Nanowire Single Photon Detectors (SNSPD). As the critical velocity increases, this time is reduced, resulting in improved detector resolution. Additionally, it is interesting because new physics emerges when vortex velocities become supersonic, including Cherenkov radiation and spin waves in superconductor/ ferromagnetic hybrids. There are various factors known to influence achievable velocities. Notably, the roughness of superconducting films and the proximity effects with magnetic layers play crucial roles. This led to the production of superconductor/ferromagnetic and superconductor/non-magnetic metal bilayers to delve deeper into these effects. Molybdenum nitride (Mo2N) was chosen as the superconducting material due to its ability to be grown at room temperature in an amorphous state, boasting a critical temperature of up to 8 K. Magnetic materials such as FePt, Co, and Fe_20Ni_80 were selected based on the diversity of their magnetic domain structures. In the realm of metallic materials, Al, W, and Pt were chosen for their distinct thermal and electrical conductivities. The bilayers were fabricated using the sputtering technique and subsequently characterized through X-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM), magnetic force microscopy (MFM), SQUID magnetometry, and electrical transport measurements. Microcircuits were constructed on the samples using optical lithography and ion beam techniques. The results obtained indicate, firstly, that for all bilayers, velocities achieved surpass those of a monolayer of Mo_2N. In the case of superconductor/non-magnetic metal bilayers, this enhancement is attributed to the samples’ ability to efficiently transport heat, thereby mitigating the adverse effects of local heating that could be detrimental to vortex dynamics. Notably, in the superconductor/ferromagnetic bilayers, even greater velocity increases were observed, primarily attributed to magnetic proximity effects. It was further noted that when the magnetic system exhibits a domain structure in the form of stripes, velocity increments are evident only when these stripes align with the vortex flow. Conversely, a significant drop in velocities was observed for low values of the applied magnetic field when the stripes were misaligned. However, for moderate to high magnetic fields, the measured velocities aligned with those of the other superconductor/ferromagnetic bilayers. 2023-12-21 Tesis NonPeerReviewed application/pdf http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1236/1/1Blatter.pdf es Blatter, Gastón (2023) Efecto de la proximidad con metales no magnéticos y materiales ferromagnéticos en la inestabilidad de Larkin-Ovchinnikov en sistemas superconductores desordenados / Effect of proximity to non-magnetic metals and ferromagnetic materials on the Larkin-Ovchinnikov instability in disordered superconductor systems. Maestría en Ciencias Físicas, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro. http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1236/

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