Interação de vórtices com interfaces de defeitos em supercondutores mesoscópicos - Santos, Rodolfo Carvalho dos [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022)
Com apenas algumas exceções, as propriedades eletrônicas de supercondutores do tipo II e a performance dos dispositivos supercondutores são determinadas pela ação de fluxo magnético. Sendo assim, a manipulação sistemática dos vórtices por meio de defeitos, que inclui a sua fixação e/ou o seu movimento guiado, constitui uma ferramenta importante para melhorar as propriedades desses componentes. Neste trabalho, utilizamos a Teoria de Ginzburg-Landau Dependente do Tempo (em inglês Time-Dependent Ginzburg-Landau, TDGL) para compreender melhor como os fluxóides que penetram em amostras supercondutoras interagem com as diferentes estruturas de defeitos. Desse modo, foram realizadas simulações numéricas utilizando o formalismo TDGL para se estudar a interação vórtice-defeito, divididas em três partes. Na parte 1, foram simuladas três amostras supercondutoras de tamanho 30 ξ(0) × 30 ξ(0), onde ξ(0) é o comprimento de coerência em T = 0, cada uma com um diferente tipo de defeito de tamanho 10 ξ(0) × 10 ξ(0), concêntrico com a amostra. Os defeitos consistem de um buraco que transpassa o material (antidot, AD), um buraco raso (blind-hole, BH) e uma torre (antipinning, AP), e todos os sistemas foram simulados em T = 0.5 T_c. Na parte 2, foram simuladas quatro amostras supercondutoras de tamanho 56 ξ(0) × 56 ξ(0), cada uma com um diferente tipo de defeito de tamanho 20 ξ(0) × 20 ξ(0), concêntrico com a amostra, à temperatura T = 0. Os defeitos são AD, BH, AP e SA (smooth antidot), uma espécie de antidot onde o parâmetro de ordem cai a zero suavemente na região do defeito. Na parte 3, foram simuladas duas amostras de tamanho 56 ξ(0) × 56 ξ(0) à temperatura T = 0. Na primeira amostra foi inserida uma rede de defeitos com 25 defeitos triangulares e, na segunda amostra, um único defeito triangular de tal forma que ambas possuam a mesma área e tipo de defeito (BH). Observou-se que a natureza do defeito não interfere no valor do primeiro campo crítico (H_c1) e que as configurações dos vórtices são influenciadas pelas correntes ao redor dos defeitos. Além disso, nas amostras maiores, os vórtices formam estruturas do tipo concha e as amostras com defeitos triangulares apresentaram um aprisionamento efetivo dos vórtices nas condições estudadas.

With only a few exceptions, the electronic properties of type II superconductors and the performance of superconducting devices are determined by the action of magnetic flux. Therefore, the systematic manipulation of vortices using defects, which includes their immobilization and/or their guided movement, constitutes an important tool to improve the properties of these components. In this work, we use the Time-Dependent Ginzburg-Landau Theory (TDGL) to understand how the fluxoid that penetrate in superconducting samples interact with diferente type of defect. Thus, numerical simulations were performed using the TDGL formalism to study the vortex-defect interaction, divided into three parts. In part 1, three superconducting samples of size 30 ξ(0) × 30 ξ(0) were simulated, where ξ(0) is the coherence length at T = 0, each one with a different type of defect concentric with the sample, whose size is 10 ξ(0) × 10 ξ(0). The defects are a hole that passes through the material (antidot, AD), a blind-hole (BH) and a tower (antipinning, AP), and all systems were simulated at T = 0.5 T_c. In part 2, four superconducting specimens with sizes of 56 ξ(0) × 56 ξ(0) were simulated, each one decorated with a different type of defect concentric with the sample whose size is 56 ξ(0) × 56 ξ(0), at temperature T = 0. The defects are AD, BH, AP and SA (smooth antidot), a kind of antidot in which the order parameter drops to zero smoothly in the defect region. In part 3, two samples whith size of 56 ξ(0) × 56 ξ(0) at temperature T = 0 were simulated. In the first sample, an array with 25 triangular defects and, in the second sample, a single triangular defect in such a way that both have the same defect area and type (BH). It was observed that the nature of the defect does not affect the value of the lower critical field (H_c1) and the vortex configurations are influenced by the current distribution around the defects. Furthermore, the vortices form shell-like structures in the larger samples and the specimens decorated with triangular defects showed an effective pinning center of vortices under the conditions studied.
Interaction of vortices with interface defects in mesoscopic superconductors
Keywords: Supercondutividade; TDGL; Vórtices; Defeitos; Superconductivity; Vortices; Defects