Superconductores

Redes con historia

laboratorios — por el 17/05/2018 a las 12:55

Gabriela Pasquini y su equipo de trabajo estudian las redes de vórtices que se forman en algunos superconductores y afectan su campo magnético.

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Foto: Diana Martinez Llaser. Exactas comunicación

Foto: Diana Martinez Llaser. Exactas Comunicación

Algunos materiales se comportan de manera muy extraña cuando se encuentran a muy bajas temperaturas. Algunos de ellos, por ejemplo, adquieren la propiedad de conducir electricidad sin resistencia alguna, por eso se los conoce como superconductores. En el Laboratorio de Bajas Temperaturas (LBT) se estudian, entre otras cosas, las características de ciertos materiales cuando se los somete a temperaturas criogénicas, de entre -200 y -269ºC.

El laboratorio, dirigido durante muchos años por Victoria Bekeris, desde el año 2010 pasó a ser conducido por Carlos Acha. En él, se trabaja en múltiples proyectos de investigación dirigidos por distintos investigadores. Una de las líneas que lleva adelante Gabriela Pasquini, por ejemplo, estudia la dinámica de vórtices y los efectos de historia asociados en superconductores.

“Un superconductor no es sólo un conductor perfecto sino que tiene un comportamiento magnético muy peculiar. Los superconductores expulsan los campos magnéticos debido a que se forman corrientes superficiales en el superconductor que crean un campo magnético igual y opuesto al campo externo. Sin embargo, en algunos superconductores, el campo magnético penetra parcialmente formando vórtices. Es decir, el superconductor atrapa parte del campo magnético”, explica Pasquini. En el centro de un vórtice el material puede considerarse no superconductor. Por eso los vórtices interactúan en forma repulsiva. Estos vórtices interactúan entre ellos y forman una especie de red. Si hay defectos, la red de vórtices tiende a desordenarse. Si sube la temperatura, por ejemplo, pueden formar una especie de líquido, porque se mueven como si fueran moléculas de un líquido. Si no, pueden formar una red ordenada, o un vidrio de vórtice.

Pasquini y su equipo se dedican a estudiar estos temas vinculados al desorden de la red de vórtices. “La red puede pasar a ser muchas redes pequeñas con distintas orientaciones, un vidrio con vórtices en lugar de moléculas, un sistema desordenado, un líquido, etcétera”, explica. “Tenemos, entonces, un sistema complejo que sirve como modelo para explorar el comportamiento general de las transformaciones de fase (cambios de estado) y comportamientos dinámicos complejos. La interacción entre los vórtices quiere ordenar el sistema (formar la red) y la interacción de los vórtices con los defectos quiere desordenarlo. Así aparece la frustración y se observan efectos de historia ya que la configuración de la red puede depender de la historia térmica y magnética e, incluso, de la historia dinámica. Si movemos los vórtices de una determinada manera podemos ordenarlos o desordenarlos. Recientemente, iniciamos otra línea, en la que estudiamos la interacción de los vórtices con el llamado “orden nemático”, un fenómeno que aparece en una fase electrónica en la que las cargas prefieren moverse en una determinada dirección, rompiendo la simetría del cristal subyacente”, relata Pasquini.

La mayor parte de los experimentos en vórtices se realizan en el Laboratorio de Bajas Temperaturas. Con técnicas de transporte, magnetización y susceptibilidad alterna, los investigadores pueden medir cuán fácil se mueven los vórtices o cuán anclados están. Para eso, cuentan con equipos comerciales y otros diseñados por ellos mismos.

Por ejemplo, suelen medir la magnetización con un equipo comercial que usa las propiedades cuánticas de los superconductores para medir pequeñas cantidades de flujo magnético. En las mediciones de susceptibilidad alterna, en cambio, obtienen mejores resultados con susceptómetros diseñados, construidos y puestos a punto en el laboratorio con la colaboración de estudiantes y técnicos. “En todos los casos, para los experimentos manejamos líquidos criogénicos y usamos electrónica sofisticada para la detección de pequeñas señales. De todos modos, no nos especializamos en desarrollar nuevas tecnologías. Sí en determinadas técnicas experimentales que nos permiten abordar problemas físicos, describirlos y comprenderlos”, sostiene.

A veces, los investigadores del equipo complementan sus estudios con otras técnicas, con las que no cuentan en el Laboratorio. Por ejemplo, para “ver” en forma directa las configuraciones de vórtices, en los últimos años realizaron experimentos de difracción de neutrones de bajo ángulo en institutos internacionales, como son el Paul Scherrer Institute (PSI) de Suiza y en el Instituto Laue-Langevin (ILL) de Francia.  Pasquini explica la compleja técnica experimental del siguiente modo: “La red de vórtices genera una modulación periódica de campo magnético. Al incidir con un haz rasante de neutrones, la intensidad difractada forma un patrón angular, similar al observado al hacer incidir luz a través de una red, o rayos X a través de un cristal. El patrón nos dice si hay una red ordenada de vórtices (picos de Bragg) o un amorfo (anillo); si hay una estructura periódica, da información sobre el parámetro de red, su simetría y la dimensión típica de las regiones ordenadas”.

De esta manera, los investigadores pudieron, en forma simultánea, estudiar las configuraciones espaciales de vórtices y su movilidad, y ver cómo se modifican ambas con distintas historias.

 

Dinámica de Vórtices y Efectos de Historia en Superconductores

Victoria Bekeris, Gustavo Lozano, Gabriela Pasquini, Juan Schmidt, Mariano Marziali Bermúdez

Victoria Bekeris, Gustavo Lozano, Gabriela Pasquini, Juan Schmidt, Mariano Marziali Bermúdez

(Departamento de Física)
Pabellón 1, P.B., teléfono 4576-3300, interno 276 http://www.lbt.df.uba.ar/
Dirección: Gabriela Pasquini
Colaboradores del DF: Victoria Bekeris, Gustavo Lozano
Colaborador externo: Morten Eskildsen (Notre Dame, Estados Unidos)
Tesista de doctorado: Mariano Marziali Bermúdez
Tesista de Licenciatura: Juan Schmidt
Técnicos: Ing. Eduardo Pérez Wodke, Diego Melgarejo, Dante Jiménez

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