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<font size=3>Hola,<br><br>
Me dirijo a ustedes a fin de solicitarles difusion a estudiantes
avanzados de este ofrecimiento de beca para hacer la Tesis Doctoral
en el Instituto Balseiro.<br><br>
Saludos, <br><br>
Victoria <br><br>
<br><br>
<blockquote type=cite class=cite cite="">
****************************************************************<br>
Ofrecimiento de Beca Doctoral cofinanciada Conicet-Agencia dentro del
marco<br>
del PRH 74 en Nanociencias<br>
____________________________________________________________<br><br>
Título: Propiedades estructurales de las fases sólidas de la materia de
vórtices mesoscópica<br><br>
Lugar de trabajo: Instituto Balseiro y Laboratorio de Bajas Temperaturas,
Centro Atómico Bariloche<br><br>
Director: Dra. Yanina Fasano<br>
Codirector: Dr. Hernán Pastoriza<br><br>
Contactar a: Yanina.Fasano@cab.cnea.gov.ar<br>
Deadline de la presentación: 18 agosto 2009<br><br>
Plan de trabajo:<br>
Un número importante de las emergentes aplicaciones de la nanotecnología
se basan en la capacidad de ciertos materiales en superconducir por
debajo de una temperatura crítica Tc. La superconductividad es un
fenómeno que se manifiesta, en ciertas condiciones de temperatura y campo
magnético, a través de la ausencia de resistencia frente a la aplicación
de una corriente eléctrica [1]. Los superconductores presentan además el
fenómeno de expulsión completa (fase Meissner) o parcial (fase mixta) del
campo magnético externo [1], lo que permite utilizarlos en aplicaciones
asociadas con la levitación magnética. En la fase mixta el campo externo
penetra en el material en forma de tubos de flujo cuantizado, torbellinos
de corrientes superconductoras llamados vórtices [1]. El balance entre la
interacción repulsiva entre vórtices y la presión ejercida por el campo
magnético externo produce que estos torbellinos se organicen en una
estructura cuasi-cristalina y por lo tanto se habla de la materia de
vórtices [1]. Las propiedades fundamentales de un superconductor se
originan en un estado microscópico peculiar: los electrones se encuentran
condensados en un estado cuya función de onda es macroscópicamente
coherente en fase [1]. Al aplicarse un campo magnético, la formación de
la materia de vórtices conlleva una modulación espacial de la función de
onda superconductora ya que el módulo de la misma se encuentra deprimido
en el núcleo de los vórtices.<br>
Recientemente se ha comenzado a desarrollar dispositivos basados en
muestras superconductoras de tamaño mesoscópico, como por ejemplo en las
áreas de single-photon detectors [2], fault-current limiters [3], quantum
computers [4], squid magnetometers [5], microelectrónica [6]. Un número
importante de estos dispositivos aprovechan la propiedad de transportar
corriente sin disipación. En el caso de muestras macroscópicas con campo
aplicado la disipación nula se produce debido a que los vórtices
permanecen anclados en los defectos cristalinos naturales de las muestras
si la corriente aplicada es menor a un valor crítico ic [1]. El
desanclaje de vórtices debido a la aplicación de una corriente mayor que
ic es disipativo ya que dentro de los núcleos de los vórtices en
movimiento el parámetro de orden superconductor se encuentra deprimido
(núcleo no superconductor) [1]. Por lo tanto, una detallada
caracterización de las propiedades de anclaje en las distintas fases de
la materia de vórtices es crucial para el desarrollo de dispositivos
tecnológicos.<br>
Este tema ha sido estudiado de forma exhaustiva en el caso de muestras
macroscópicas. En el caso particular de los superconductores de alta
temperatura crítica, debido al rol determinante de las fluctuaciones
térmicas, en el rango de temperaturas entre Tc y Tm (la temperatura de
fusión de la red de vórtices) se estabiliza la fase líquida de vórtices
con propiedades de transporte disipativas [7]. Al enfriar a través de la
transición de primer orden a Tm(H) la materia de vórtices se solidifica
y, si los efectos geométricos y de superficie no son dominantes, la fase
sólida presenta propiedades de transporte irreversibles con disipación
nula para corrientes aplicadas menores que ic [7]. La magnitud de la
irreversibilidad depende de las características del potencial que ancla a
la materia de vórtices [8]. En el caso en que los efectos geométricos y
de superficie son importantes, una pequeña región de la fase sólida de
vórtices puede presentar propiedades de transporte disipativas [9].<br>
Los efectos geométricos y de superficie son progresivamente más
importantes cuando el tamaño de las muestras se reduce a dimensiones
mesoscópicas. Este tema se encuentra poco explorado experimentalmente
[10-12]. En el caso de superconductores de alta temperatura crítica
con<br>
dimensiones mesoscópicas el único estudio fue recientemente realizado en
el Laboratorio de Bajas Temperaturas utilizando muestras micrométricas de
BiSCCO-2212 (Tc ~ 80 K) y la técnica de osciladores micromecánicos [13].
Se encontró que, en contraste con la fenomenología observada en muestras
macroscópicas, la materia de vórtices mesoscópicas presenta una gran
fracción de la fase sólida de vórtices con propiedades de transporte
reversibles, es decir, con disipación no nula [13]. Estos resultados
señalan que al reducirse el tamaño de las muestras se estabilizan fases
de vórtices que son inherentes a la materia de vórtices a escala
mesoscópica. En consecuencia, la estabilización de una fase sólida con
propiedades de transporte reversible en una región apreciable del
diagrama de fases afecta de forma radical el rango de aplicación de los
dispositivos que aprovechan la propiedad de resistencia nula.<br>
Si bien las propiedades de transporte de la materia de vórtices
mesoscópica de BiSCCO-2212 han sido medianamente caracterizadas, resta a
estudiar cuáles son las propiedades estructurales de las fases sólidas de
la materia de vórtices mesoscópica. En el caso del sólido de vórtices en
muestras macroscópicas, que presenta disipación nula, la fase sólida
presenta la estructura conocida como Bragg glass, una fase vidriosa con
picos de difracción de Bragg, orden orientacional de largo alcance y
posicional de cuasi largo alcance [14]. Esto último implica que los
vórtices se alejan de la posición de una red hexagonal perfecta con
desplazamientos que crecen de forma acumulativa con la distancia. En la
fase sólida reversible de la materia de vórtices mesoscópica el efecto
del potencial de anclaje es despreciable, y por lo tanto es de esperar
que las propiedades estructurales difieran de las del Bragg glass.
Actualmente no existen predicciones teóricas respecto a las propiedades
estructurales del sólido de vórtices mesoscópicos, aunque es un tema que
ha comenzado a ser estudiado por A. Kolton [15] en el grupo de Teoría del
Sólido.<br>
En esta tesis se pretende obtener la primera evidencia experimental sobre
las propiedades estructurales de las fases sólidas de la materia de
vórtices mesoscópica. Se propone utilizar la técnica de decoración
magnética [16] para visualizar en forma directa, y en toda la extensión
de la muestra, la materia de vórtices mesoscópica. Esto permitirá
caracterizar las propiedades estructurales del sólido de vórtices y
estudiar cómo las mismas dependen del grado de confinación (tamaño de las
muestras). Para esto se propone fabricar muestras mesoscópicas del
material superconductor de alta temperatura crítica Bi-2212 con
dimensiones típicas de micrones. La caracterización de propiedades
estructurales se realizará mediante el estudio de la evolución del orden
orientacional y posicional cuantificado a partir de funciones de
correlación. En suma, este trabajo permitiría obtener imágenes directas
de fases de la materia condensada “blanda” que sólo son estables en la
escala mesoscópica.<br>
En el transcurso de esta maestría se propone el plan de trabajo que
consiste en:<br>
1-<br>
Aprendizaje y familiarización con la técnica de litografía electrónica
utilizando un microscopio electrónico de barrido (SEM).<br>
2-<br>
Aprendizaje y familiarización con la técnica de decoración magnética de
vórtices y visualización utilizando un microscopio de barrido
electrónico.<br>
3-<br>
Familiarización con técnicas criogénicas.<br>
4-<br>
Mediciones de las muestras fabricadas utilizando la técnica de decoración
magnética y otras.<br>
5-<br>
Cuantificación de las propiedades estructurales del sólido de vórtices
mesoscópico utilizando el análisis de funciones de correlación.<br>
[1] “Introduction to Superconductivity”, M. Thinkham, Dover Publications,
New York (1996).<br>
[2] “Fabrication of Nanostructured Superconducting Single-Photon
Detectors”, G. N. Gol’tsman et al., IEEE Transactions on Applied
Superconductivity 13, 192 (2003).<br>
[3] “Studies of YBCO strip lines under voltage pulses: optimisation of
the design of fault current limiters », M. Decroux, L. Antognazza, S.
Reymond, W. Paul, M. Chen and Ø. Fischer, IEEE Transactions on Applied
Superconductivity 13, 1988 (2003).<br>
[4] “Tunable Josephson Devices for Quantum Computation », V. Corato, C.
Granata, S. Rombetto, B. Ruggiero, M. Russo, R. Russo, P. Silvestrini,
and A. Vettoliere, Transactions on Applied Superconductivity 17, 132
(2007).<br>
[5] “Quantum interference in a mesoscopic superconducting loop”, V. V.
Moshchalkov, L. Gielen, M. Dhallé, C. Van Haesendonck and Y.
Bruynseraede, Nature 361, 617 (1993).<br>
[6] “Andreev Probe of Persistent Current States in Superconducting
Quantum Circuits”, V. T. Petrashov, K. G. Chua, K. M. Marshall, R. Sh.
Shaikhaidarov, and J. T. Nicholls, Phys. Rev. Lett. 95, 147001
(2005).<br>
[7] “First-order phase transition at the irreversibility line of
Bi2Sr2CaCu2O8”, H. Pastoriza, M. F. Goffman, A. Arribère and F. de la
Cruz, Physical Review Letters 72, 2951 (1994).<br>
[8] “Vortices in high-temperature superconductors”, G. Blatter, M. V.
Feigel'man, V. B. Geshkenbein, A. I Larkin, and V. M. Vinokur. Rev. Mod.
Phys. 66, 1125 (1994).<br>
[9] “Nature of the irreversibility line in Bi2Sr2CaCu2O8”, E. Zeldov et
al., Europhysics Letters 30, 367 (1995).<br>
[10] “Phase transitions in individual sub-micrometre superconductors“, A.
K. Geim, I. V. Grigorieva, S. V. Dubonos, J. G. S. Lok, J. C. Maan, A. E.
Filippov, F. M. Peeters, Nature 390, 259 (1997).<br>
[11] “Observation of mesoscopic vortex physics using micromechanical
oscillators”, C. A. Bolle, V. Aksyuk, F. Pardo, P. L. Gammel, E. Zeldov,
E. Bucher, R. Boie, D.J. Bishop, D.R. Nelson. Nature 399, 43 (1999).<br>
[12] “Superconductivity : Geometry spawns vortices”, L. F. Chibotaru, A.
Ceulemans, V. Bruyndoncx, V. V. Moshchalkov, Nature 408, 833 (2000).<br>
[13] M. Dolz, Tesis doctoral, Instituto Balseiro (2009).<br>
[14] “Scaling approach to pinning: Charge density waves and giant flux
creep in superconductors”, T. Nattermann, Physical Review Letters 64,
2454 (1990); “Elastic theory of pinned flux lattices”, T. Giamarchi and
P. Le Doussal, Physical Review Letters 72, 1530 (1994).<br>
[15] Consultar información profesional en
<a href="http://cabtes55.cnea.gov.ar/people.html" eudora="autourl">
http://cabtes55.cnea.gov.ar/people.html</a><br>
[16] “Magnetic-decoration imaging of structural transitions induced in
vortex matter”, Yanina Fasano and Mariela Menghini, Topical Review
contribution, Superconducting Science and Technology 21, 23001 (2008).
Archivo disponible en la página personal de Y. Fasano en
<a href="http://batemp.cnea.gov.ar/~fasanoy/publicaciones/sust8_2_023001.pdf" eudora="autourl">
http://batemp.cnea.gov.ar/~fasanoy/publicaciones/sust8_2_023001.pdf</a>
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