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

Cuando estaba todavia en la carrera, el que iba a ser uno de mis directores de tesis, nos enseno un video de unos delfines jugando con vortices que ellos mismos formaban en el agua. Anos mas tarde me di cuenta de que eso es lo que he hecho, pero con vortices en superconductores. Los vortices superconductores fueron predichos por Abrikosov en 1957. En la actualidad, la fisica de vortices sigue siendo un campo muy activo y fructifero. El nucleo de un vortice aislado puede considerarse la huella dactilar de un superconductor, debido a que, en su interior, la manera en que se suprime la superconductividad depende directamente de sus parametros caracteristicos, como son la longitud de coherencia y la penetracion de London. Al mismo tiempo, las propiedades electrodinamicas de los superconductores, importantes para las aplicaciones, vienen determinadas por el comportamiento colectivo de la red de vortices. La primera imagen de la red de vortices se obtuvo en 1967 usando decoracion magnetica y, desde entonces, se han inventado multitud de tecnicas microscopicas que permiten estudiar sus propiedades a escala local. En esta tesis, he analizado imagenes de vortices obtenidas usando tres tecnicas diferentes: squid-on-tip (SOT), microscopia de fuerza magnetica (MFM) y microscopia de efecto tunel (STM). Durante este periodo, he tratado de mejorar nuestra comprension del comportamiento de la red de vortices en diferentes materiales, con diferente distribucion de centros de anclaje y en un amplio rango de temperaturas y campos magneticos. En el capitulo 3, mostramos las medidas en CaK(Fe0.95Ni0.05)4As4. Este material, pertenece a la familia 1144 de superconductores basados en hierro. La ausencia de simetria de espejo en la estructura cristalina, hace que esta familia de compuestos sea unica entre los superconductores basados en hierro. El compuesto estequiometrico, CaKFe4As4 , se caracterizo previamente mediante diferentes tecnicas, como STM, ARPES o medidas de longitud de penetracion. Este material presenta superconductividad isotropa de dos bandas, una red de vortices desordenada y una superficie de Fermi consistente con el estado paramagnetico de los superconductores basados en hierro. El dopaje con electrones en el compuesto estequiometrico, como por ejemplo, sustituyendo el Fe por Ni, induce un orden antiferromagnetico no colineal. Debido a la distribucion de espines en la capa del Fe, este orden antiferromagnetico no colineal es conocido como orden antiferromagnetico tipo erizo. En este capitulo, presento la primera caracterizacion microscopica de las propiedades superconductoras de CaK(Fe0.95Ni0.05)4As4, composicion en la cual la superconductividad coexiste con el orden antiferromagnetico de tipo erizo. Concretamente, estudiamos como se modifican las propiedades electronicas del estado normal y superconductor debido a esta coexistencia. En el capitulo 4, he analizado las propiedades de una fase de vortices nueva que aparece a campos magneticos muy bajos en el superconductor beta-Bi2Pd. En presencia de campos magneticos de unos pocos Gauss, las medidas con SOT muestran una distribucion de vortices muy inhomogenea, con vortices anclados a lo largo de lineas que quedan separadas por regiones vacias. He caracterizado en detalle las propiedades estructurales y multifractales de esta distribucion y estudiado su dependencia con el campo magnetico. En el capitulo 5, he discutido el concepto del desorden hiperuniforme en la red de vortices. El termino hiperuniforme fue acunado por Torquato para describir una distribucion de particulas sin fluctuaciones de densidad, dando lugar a propiedades fisicas similares en todas las direcciones para distancias pequenas. Para extraer una conclusion sobre la hiperuniformidad en la red de vortices, he analizado imagenes de redes de vortices desordenadas tomadas en varios materiales con diferentes propiedades de anclaje. En el capitulo 6, he estudiado el movimiento de arrastre de los vortices en el superconductor anisotropo 2H-NbSe2 bajo un campo magnetico inclinado. A diferencia de lo que se habia visto hasta ahora, se ha observado que el movimiento de arrastre de los vortices se puede activar al disminuir la temperatura. He cuantificado el movimiento de los vortices y reproducido los datos experimentales con un modelo teorico.