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Theses Year : 2009

Heterogeneous vortex dynamics in high temperature superconductors

Étude de la dynamique des vortex dans les supraconducteurs à haute Tc par l'imagerie magnéto-optique et mesures de transport

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Abstract

In high temperature superconductors with strong pinning, the change in shear properties of the vortex system is a plausible mechanism for the vanishing of the linear electrical resistance at the transition from vortex liquid to vortex solid. The divergence of the shear viscosity of the vortex liquid upon cooling is, in this respect, an ominent sign of a phase transition to an ensemble of localized vortices. By introducing a channel-confined structure on macroscopic defect-free $Bi_{2}Sr_{2}CaCu_{2}O_{8}$ single crystals using heavy ion irradiation, we have succeeded in probing the shear viscosity of the vortex liquid directly. Magneto-optical imaging shows that 20 $\mu$m wide pin-free channels separated by 20 $\mu$m wide strongly pinning walls were made successfully. The vortex liquid shear viscosity was then obtained from transport measurements. Contrary to previous studies, the present work focuses on very low magnetic fields, of the order of hundreds of Gauss. The vortex liquid shear viscosity, even in low fields, can be equally well fitted by the Nelson-Halperin theory for the dislocation density in a two-dimensional vortex fluid as by the power laws derived in the framework of vortex glass models. This result shows that the vortex ensemble in the confined medium behaves as a system of rectilinear lines, with edge dislocations threading the system from end to end. The progressive jamming of the vortex ensemble upon cooling mimics a vortex liquid to vortex glass transition. This finds an analogy with recently reported shear-induced solid-to-fluid transitions in soft glassy materials.
Dans les supraconducteurs à haute température critique présentant un ancrage fort des vortex, le changement des propriétés de cisaillement de vortex est un mécanisme plausible pour la disparition de la résistance électrique linéaire à la transition du liquide de vortex vers le solide de vortex. Une signature certaine d'une éventuelle transition de phase liée au piégeage des lignes de flux est l'observation d'une divergence de la viscosité de cisaillement du liquide de vortex, en refroidissant. Afin de mesurer directement cette grandeur, une géométrie confinée composée de canaux séparés par des parois à ancrage fort est façonnée par irradiation avec des ions lourds dans des monocristaux de $Bi_{2}Sr_{2}CaCu_{2}O_{8}$, préalablement triés pour éviter la présence de défauts macroscopiques. La fabrication réussie de ces couloirs, d'une largeur de 20 $\mu$m, a été mis en évidence par imagerie magnéto-optique. L'écoulement des lignes de flux dans les couloirs a été mesuré à travers des mesures de transport électrique effectuées sous champ magnétique de très faible champ, de l'ordre de la centaine de Gauss. Les données de résistance peuvent être décrites également bien par la théorie de Nelson et Halperin pour la densité de défauts topologiques dans un liquide bidimensionnel de vortex, comme par des lois de puissance, dérivées dans le cadre d'un modèle du verre de vortex. Les données suggèrent que le liquide de vortex se comporte comme un liquide de lignes droites (rectilignes), dont les défauts topologiques traversent le supraconducteur d'une surface à l'autre. D'autre part, l'analogie avec des expériences récentes en matière molle établissant la similitude entre le "jamming" dans l'écoulement de particules dans un canal étroit et la transition vitreuse.
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Cite

Feng Yang. Heterogeneous vortex dynamics in high temperature superconductors. Superconductivity [cond-mat.supr-con]. Ecole Polytechnique X, 2009. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00467466⟩
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