Microcracks and Vortices in Superconducting Thin Films

In this work, superconducting YBa2 Cu3O6+x (YBCO) thin films have been studied with the experimental focus on the anisotropy of BaZrO3 (BZO) doped YBCOthin films and the theoretical focus on modelling flux pinning by numerically solving Ginzburg- Landau equations. Also, the structural properties of undoped YBCO thin films grown on NdGaO3 (NGO) and MgO substrates were investigated. The thin film samples were made by pulsed laser ablation on single crystal substrates. The structural properties of the thin films were characterized by X-ray diffraction and atomic force microscope measurements. The superconducting properties were investigated with a magnetometer and also with transport measurements in pulsed magnetic field up to 30 T. Flux pinning was modelled by restricting the value of the order parameter inside the columnar pinning sites and then solving the Ginzburg-Landau equations numerically with the restrictions in place. The computations were done with a parallel code on a supercomputer. The YBCO thin films were seen to develop microcracks when grown on NGO or MgO substrates. The microcrack formation was connected to the structure of the YBCO thin films in both cases. Additionally, the microcracks can be avoided by careful optimization of the deposition parameters and the film thickness. The BZO doping of the YBCO thin films was seen to decrease the effective electron mass anisotropy, which was seen by fitting the Blatter scaling to the angle dependence of the upper critical field. The Ginzburg-Landau simulations were able to reproduce the measured magnetic field dependence of the critical current density for BZO doped and undoped YBCO. The simulations showed that in addition to the large density also the large size of the BZO nanorods is a key factor behind the change in the power law behaviour between BZO doped and undoped YBCO. Additionally, the Ginzburg-Landau equations were solved for type I thin films where giant vortices were seen to appear depending on the film thickness. The simulations predicted that singly quantized vortices are stable in type I films up to quite large thicknesses and that the size of the vortices increases with decreasing film thickness, in a way that is similar to the behaviour of the interaction length of Pearl vortices.Siirretty Doriast

Observation of a gel of quantum vortices in a superconductor at very low magnetic fields

A gel consists of a network of particles or molecules formed for example using the sol-gel process, by which a solution transforms into a porous solid. Particles or molecules in a gel are mainly organized on a scaffold that makes up a porous system. Quantized vortices in type-II superconductors mostly form spatially homogeneous ordered or amorphous solids. Here we present high-resolution imaging of the vortex lattice displaying dense vortex clusters separated by sparse or entirely vortex-free regions in β-Bi2Pd superconductor. We find that the intervortex distance diverges upon decreasing the magnetic field and that vortex lattice images follow a multifractal behavior. These properties, characteristic of gels, establish the presence of a novel vortex distribution, distinctly different from the well-studied disordered and glassy phases observed in high-temperature and conventional superconductors. The observed behavior is caused by a scaffold of one-dimensional structural defects with enhanced stress close to the defects. The vortex gel might often occur in type-II superconductors at low magnetic fields. Such vortex distributions should allow to considerably simplify control over vortex positions and manipulation of quantum vortex states.Fil: Llorens, José Benito. Universidad Autónoma de Madrid; EspañaFil: Embon, Lior. Weizmann Institute Of Science.; IsraelFil: Correa, Alexandre. Consejo Superior de Investigaciones Científicas; España. Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid; EspañaFil: González, Jesús David. Universidad del Magdalena; Colombia. Universiteit Antwerp; BélgicaFil: Herrera, Edwin. Universidad Autónoma de Madrid; España. Universidad Central; ColombiaFil: Guillamón, Isabel. Universidad Autónoma de Madrid; EspañaFil: Luccas, Roberto F.. Consejo Superior de Investigaciones Científicas; EspañaFil: Azpeitia, Jon. Consejo Superior de Investigaciones Científicas; EspañaFil: Mompeán, Federico J.. Consejo Superior de Investigaciones Científicas; EspañaFil: García Hernández, Mar. Consejo Superior de Investigaciones Científicas; EspañaFil: Munuera, Carmen. Consejo Superior de Investigaciones Científicas; EspañaFil: Aragón Sánchez, Jazmín. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Area de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física (Centro Atómico Bariloche). División Bajas Temperaturas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; ArgentinaFil: Fasano, Yanina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Area de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física (Centro Atómico Bariloche). División Bajas Temperaturas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; ArgentinaFil: Milosevic, Milorad V.. Universiteit Antwerp; BélgicaFil: Suderow, Hermann. Universidad Autónoma de Madrid; EspañaFil: Anahory, Yonathan. The Hebrew University of Jerusalem; Israe

Superconductors at the Nanoscale

By covering theory, design, and fabrication of nanostructured superconducting materials, this monograph is an invaluable resource for research and development. Examples are energy saving solutions, healthcare, and communication technologies. Key ingredients are nanopatterned materials which help to improve the superconducting critical parameters and performance of superconducting devices, and lead to novel functionalities. Contents Tutorial on nanostructured superconductors Imaging vortices in superconductors: from the atomic scale to macroscopic distances Probing vortex dynamics on a single vortex level by scanning ac-susceptibility microscopy STM studies of vortex cores in strongly confined nanoscale superconductors Type-1.5 superconductivity Direct visualization of vortex patterns in superconductors with competing vortex-vortex interactions Vortex dynamics in nanofabricated chemical solution deposition high-temperature superconducting films Artificial pinning sites and their applications Vortices at microwave frequencies Physics and operation of superconducting single-photon devices Josephson and charging effect in mesoscopic superconducting devices NanoSQUIDs: Basics & recent advances intrinsic Josephson junction stacks as emitters of terahertz radiation| Interference phenomena in superconductor-ferromagnet hybrids Spin-orbit interactions, spin currents, and magnetization dynamics in superconductor/ferromagnet hybrids Superconductor/ferromagnet hybrid

Vortex lattices under stress : visualizing the superconducting vortex lattice in presence of disorder and magnetism

Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Física de la Materia Condensada. Fecha de lectura: 16-01-2020Esta tesis tiene embargado el acceso al texto completo hasta el 16-07-202

Vortex dynamics in nanostructured systems superconductor-superconductor and superconductor-metal of one and two bands

The overarching theme of the thesis are the emergent novel phenomena in two-component superconductors. My advisor in Colombia, Prof. Barba Ortega, has directed my research on two-component superconductors made of one same material, with properties spatially changed by either localized heating or nanostructuring. My advisor in Belgium, Prof. Milosevic, directed my research on samples made of two distinct superconducting materials, related to very recent experiments, with accompanying development of the theoretical model and the numerical implementation suited for high-performance computing. The principal objective of this thesis is to investigate the behavior of vortex matter under the effect of several configurations of pinning landscape with the inclusion of the enhanced surface, in several cases in this research, by using De Gennes’ boundary condition phenomenological parameter. Its effect is studied upon the vorticity, magnetic induction, Cooper pair density, magnetization and phase of the order parameter as functions of the external applied magnetic field.El tema general de la tesis son los nuevos fenómenos emergentes en superconductores de dos componentes. Mi asesor en Colombia, el Prof. Barba Ortega, ha dirigido mi investigación sobre superconductores de dos componentes hechos de un mismo material, con propiedades modificadas espacialmente por calentamiento localizado o nanoestructuración. Mi asesor en B´Bélgica, el Prof. Milosevic, dirigío mi investigación sobre muestras hechas de dos materiales superconductores distintos, relacionados con experimentos muy recientes, junto con el desarrollo del modelo teórico y la implementación numérica adecuada para la computación de alto rendimiento. El objetivo principal de esta tesis es investigar el comportamiento de los vórtices bajo el efecto de varias configuraciones de puntos de anclaje con la inclusión de una superficie mejorada, considerada en varios casos en esta investigación, usando la condición de frontera de De Gennes, parámetro fenomenológico b 0 . Se estudia su efecto sobre la vorticidad, la inducción magnética, la densidad de pares de Cooper, la magnetización y la fase del parámetro de orden como funciones del campo magnético externo aplicado. Se considera un caso particular de manipulación espacial de la distribución del condensado superconductor en películas delgadas mediante cambios locales de las propiedades térmicas, pero también, incluyendo las variaciones de anisotropía a través de variaciones de Tc y el calentamiento localizado del superconductor T. Este enfoque simple proporciona la alternativa perfecta para la modulación del colectivo de vórtices, emergiendo en los superconductores tipo II como una respuesta natural al campo magnético aplicado, que hasta ahora estaba controlada puramente a través de centros de anclaje estáticos nanofabricados, cuya la intensidad y distribución no se pueden cambiar una vez que se define su distribución. También se considera en esta investigación la modulación del condensado superconductor a nanoescala a través del control del espesor sobre la superficie, el cual produce una distribución del quantum de flujo magnético debido a la simetría seleccionada que permite imponer la creación de configuraciones de vórtice, pero también ajustar los parámetros críticos del superconductor que puede ser controlado. Nuestro resultado sugiere la posibilidad de modificar la superconductividad de una película delgada explotando efectos de tamaño cuántico dependientes del grosor. Dos manuscritos publicados en la Journal of low temperature physcis incluidos en este capítulo, en colaboración con el Profesor Edson Sardella (Universidade Estadual Paulista) y el Profesor José Barba, fueron citados más adelante en la revista Physical Review B por Baek, et al. [REF. [1]]. Finalmente, se presenta un estudio de la superconductividad de dos componentes, donde la muestra es una combinación de diferentes superconductores en una heteroestructura híbrida. Cubrimos una multitud de posibles híbridos superconductores de dos componentes, ya sea combinando dos materiales diferentes, o usando un mismo material con diferentes niveles de desorden y/o grosor diferente en dos regiones, donde esperamos que nuestros hallazgos mejoren la comprensión del procesos involucrados y ofrecer nuevas opciones para dispositivos cuánticos superconductores.Doctorad

Superconductor

This book contains a collection of works intended to study theoretical and experimental aspects of superconductivity. Here you will find interesting reports on low-Tc superconductors (materials with Tc 30 K). Certainly this book will be useful to encourage further experimental and theoretical researches in superconducting materials