Configurações de Vórtices em supercondutores multibandas artificialmente engenheirados

Abstract

Desde a descoberta da supercondutividade em MgB2 tem havido muito interesse no estudo, tanto teórico como experimental, de materiais supercondutores com multibandas. Os estudos teóricos têm sido desenvolvidos utilizando principalmente a teoria de Ginzburg-Landau. Esses estudos revelaram que é possível observar configurações exóticas de vórtices, como por exemplo, vórtices não-compostos e vórtices fracionários. Neste trabalho, utilizamos o modelo de Ginzburg-Landau de duas componentes e a formulação de Lawrence-Doniach como base para a simulação computacional de um supercondutor multibanda artificialmente engenheirado. O sistema estudado é composto por duas camadas supercondutoras mesoscópicas com geometria quadrada, uma do tipo-I e a outra do tipo-II, separadas por um material isolante. As camadas são ligadas entre si por acoplamentos Josephson e magnético, e encontram-se submetidas a um campo magnético estático externo aplicado perpendicularmente a elas. Foram calculadas as configurações de vórtices e a magnetização do sistema em função do campo magnético aplicado, da temperatura, da intensidade do acoplamento entre camadas (bandas) e do tamanho do quadrado. Observa-se que, diferentemente de um quadrado mesoscópico com uma única banda, em baixas temperaturas os vórtices não se organizam em uma rede de Abrikosov, ao contrário, são formados aglomerados de vórtices e configurações que não acompanham a simetria do sistema. Atribui-se esse comportamento à interação entre vórtices, que neste caso pode assumir uma forma não-usual devido à competição entre as duas camadas (bandas) supercondutoras consideradas. Utilizando-se um procedimento de resfriamento com campo (FC, do inglês field cooling) observa-se que a temperatura é um parâmetro que controla a interação vórtice-vórtice. Para altas temperaturas e altas vorticidades, as configurações de vórtices têm como influências principais a simetria quadrada da amostra e a interação repulsiva entre vórtices. Já, para temperaturas baixas a interação entre vórtices torna-se não-monotônica sendo repulsiva em curto alcance e atrativa em longo alcance promovendo a formação de um estado de agregado de vórtices confinado pela geometria quadrada da amostra. Observa-se também que o aparecimento deste estado de aglomerado de vórtices depende da densidade de vórtices sendo que para baixas densidades ocorre um efeito de superfície que atrai os vórtices para as bordas da amostra. Para densidades intermediárias ocorre o estado de aglomerado de vórtices e para altas densidades de vórtices observa-se uma tendência de formação de uma estrutura hexagonal para a rede de vórtices.