Vórtices cinemáticos en hetero-estructuras superconductoras mesoscópicas

Abstract

Vórtices cinemáticos en hetero-estructuras superconductoras mesoscópicas. La influencia del límite cuántico y las condiciones de contorno en los estados superconductores ha sido uno de los temas más importantes de la investigación en física de la materia condensada en las últimas décadas. El estado de vórtices en varios sistemas físicos ha generado gran interés en la comunidad científica mundial, ya que dicha configuración está directamente relacionada con el condensado de Bose-Einstein [1], sistemas coloidales y cristales moleculares; espintrónica, micro dispositivos biológicos y dispositivos opto-electrónicos [1, 2, 3, 4, 5, 6]. Un tópico muy importante de estudio son los llamados vórtices cinemáticos, los cuales viajan con una velocidad tan alta que su forma se vuelve tan alargada que el parámetro de orden casi desaparece junto con el canal central perpendicular a la densidad de corriente aplicada 1. Un vórtice cinemático podría ser llamado más apropiadamente como una línea de deslizamiento cuasifásica sin núcleo [7, 8, 9, 10, 11, 12, 13]. En 1908 H. K. Onnes, obtuvo la licuefacción del He en Leiden y tres años después logró medir su temperatura crítica (Tc = 4.2K) dando origen al fenómeno que luego fue reconocido como la manifestación del mundo cuántico a nivel macroscópico: La Superconductividad. Desde entonces, diversas teorías y resultados experimentales han intentado explicar el mecanismo por el que se produce la superconductividad. Para profundizar en esta rama de la física del estado sólido y aportar nuevos resultados, en este proyecto aplicamos la teoría general de Ginzburg-Landau para calcular la respuesta magnética de una película delgada superconductora en presencia de corriente externa. Se muestran las curvas corriente-voltaje, la dinámica de pares vórtice antivórtice, tasas de aniquilación de la supercorriente en un filme finito con un defecto central. Este análisis se llevó a cabo solucionando numéricamente las ecuaciones Ginzburg-Landau generalizadas dependientes del tiempo. (Texto tomado de la fuente).

Kinematic vortices in mesoscopic superconducting heterostructures. The influence of the quantum limit and the boundary conditions in superconducting states has been one of the most important research topics in condensed matter physics in recent decades. The state of vortices in various physical systems has generated great interest in the world scientific community, since this configuration is directly related to the Bose-Einstein condensate [1], colloidal systems and molecular crystals; spintronics, micro biological devices and opto-electronic devices [1, 2, 3, 4, 5, 6]. A very important topic of study are the so-called kinematic vortices, which travel with such a high speed that their shape becomes so elongated that the order parameter almost disappears along with the central channel perpendicular to the applied current density 1. A vortex kinematic could be more appropriately called a coreless quasiphasic slip line [7, 8, 9, 10, 11, 12, 13]. In 1908 H. K. Onnes obtained the liquefaction of He in Leiden and three years later managed to measure its critical temperature (Tc = 4.2K) giving rise to the phenomenon that was later recognized as the manifestation of the quantum world at the macroscopic level: Superconductivity. Since then, various theories and experimental results have attempted to explain the mechanism by which superconductivity occurs. To delve into this branch of solid state physics and provide new results, in this project we apply the general Ginzburg-Landau theory to calculate the magnetic response of a superconducting thin film in the presence of external current. Current-voltage curves, vortex-antivortex pair dynamics, supercurrent annihilation rates in a finite film with a central defect are shown. This analysis was carried out by numerically solving the time-dependent generalized Ginzburg-Landau equations.