Orientador: Guillermo Gerardo Cabrera Oyarzun / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-25T15:09:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ReisJunior_JoseDaniel_M.pdf: 2901457 bytes, checksum: c6f1f2b54e2c6bf932d3577045161729 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: No trabalho de pesquisa apresentado nesta dissertação de mestrado estudamos o comportamento dinâmico da rede de vórtices em um filme fino supercondutor com geometria finita e desordem aleatória. Através de simulações numéricas calculamos a dinâmica das linhas de fluxo em duas dimensões para uma fita supercondutora de largura Lx finita (da ordem do comprimento de penetração g), onde incluímos os efeitos da barreira geométrica na superfície, e comprimento infinito, onde utilizamos condições de contorno periódicas. Os centros de pinning são distribuídos aleatoriamente no interior da amostra e a corrente de transporte é aplicada na direção perpendicular à superfície. Nossos resultados consistem de curvas de resistência diferencial, coeficientes de difusão transversal, e uma análise da estrutura da rede através de suas trajetórias, do fator de estrutura e da intensidade dos picos de Bragg. Resolvemos também a dinâmica de vórtices para um sistema infinito, isto é, sem levar em conta os efeitos da superfície, com condições de contorno periódicas nas duas direções. Os resultados obtidos para este sistema foram então comparados com os obtidos para o sistema finito e verificamos que de fato a superfície apresenta modificações relevantes no comportamento dinâmico dos vórtices. A presença da superfície inibe a difusão dos vórtices na direção transversal ao movimento, exercendo uma força repulsiva em direção ao centro da fita. Verificamos que este fenômeno induz um ordenamento quase completo da rede de linhas de fluxo para altos valores da corrente aplicada. Analisando este ordenamento em função dos diferentes regimes definidos na literatura concluímos que o ordenamento para altas velocidades no sistema infinito é do tipo moving Bragg glass [1] mas por outro lado o regime encontrado no sistema finito se aproxima do previsto por Koshelev e Vinokur que consiste de um moving crystal [2]. Além disso, observamos também que mesmo abaixo da corrente crítica a rede de vórtices já apresenta sinais de ordenamento no sistema finito. Para obter uma informação mais detalhada sobre os efeitos de tamanho calculamos a dinâmica das linhas de fluxo para três amostras com larguras diferentes (Lx=g , 0.7 g e 0.5 g ) mas com a mesma densidade de centros de aprisionamento e com o mesmo número de vórtices no seu interior. Estes resultados indicam que conforme reduzimos a largura da amostra o ordenamento da rede ocorre para valores de corrente cada vez mais baixos. O que reforça a idéia de que a proximidade com a superfície leva a um ordenamento mais efetivo da estrutura de vórtices. Observamos também que o ordenamento para baixas velocidades é mais efetivo nas amostras de largura menor, isto se deve principalmente à alta densidade de vórtices no interior do material induzida pelo tamanho reduzido da amostra / Abstract: In the research work presented in this master science dissertation we study the vortex lattice dynamical behavior in superconducting thin film with finite geometry and random disorder. Through numerical simulations we calculate flux line dynamics in two dimensions for a superconducting strip of finite width Lx (comparable with the penetration depth g ), where we include the geometrical barrier effects on the surface, and infinite length, where we use periodic boundary conditions. The pinning centers are ramdomly distributed inside the sample and the transport current is applied in the direction perpendicular to the surface. Our results consist of differential resistance curves, transverse diffusion coefficient, and an analysis of the lattice structure through its trajectories, structure factor and the intensity of the Bragg peaks. We also solve the vortex dynamics for an infinite system, i.e., without taking into account the surface effects, with periodic boundary conditions in the two directions. Then the results obtained for this system was compared with the ones for the finite system and we verify that indeed the surface presents outstanding modifications in the vortex dynamical behavior. The presence of the surface prevent the vortex diffusion in the direction transverse to the motion, exerting a repulsive force in the direction of the strip center. We verify that this phenomenon induce an almost complete ordering of the flux line lattice for high values of the applied current. Analysing this ordering as a function of the different regimes defined in the literature we conclude that the ordering for high velocities in the infinite system is a moving Bragg glass like [1] but otherwise the regime found in the finite system approach the one predicted by Koshelev and Vinokur which is a moving crystal [2]. Besides we also observe that even below the critical current the vortex lattice presents ordering indications in the finite system. To obtain more detailed information about the size effects we calculate the flux line dynamics for three samples of different widths ( Lx=g , 0.7 g e 0.5 g ) but with the same pinning center density and the same number of vortices inside. These results indicate that by reducing the sample width the lattice ordering occurs for lower current values. This emphasizes the idea that proximity with the surface yields a more effective ordering of the vortex structure. We also observe that the low velocity ordering is more effective in the smaller width samples, this is due mainly to the high vortex density inside the material induced by the reduced size of the sample / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Rafael Zadorosny / Resumo: Com o desenvolvimento científico, a fabricação de materiais em escalas nano e submicrométricas tornou-se uma realidade. Nos estudos teóricos e experimentais de materiais supercondutores, tais sistemas são denominados de mesoscópicos, e possuem tamanhos da ordem dos seus comprimentos característicos, i.e., λ(T) e ξ(T). Nessas escalas, a dinâmica de vórtices é fortemente dominada por efeitos de confinamento. Dessa forma, a investigação de suas características tem importância fundamental para o desenvolvimento e aplicação desses materiais de forma eficaz. Assim, neste trabalho foram estudados os efeitos da passagem de uma corrente de transporte por uma constrição de tamanhos mesoscópicos, que foi produzida inserindo dois defeitos (normalizando 0<ψ<1 dentro do defeito) nas bordas opostas do sistema. Para tal, simulamos amostras supercondutoras mesoscópicas na presença de correntes de transporte e de campos magnéticos solucionando a equação generalizada de Ginzburg-Landau dependente do tempo (GTDGL). Sem campo magnético aplicado, os pares de vórtices cinemáticos são formados nos defeitos e se aniquilam no centro da amostra. Por outro lado, quando um baixo campo magnético é aplicado, produz uma assimetria na distribuição das correntes supercondutoras. Então, apenas o vórtice cinemático é formado em uma borda da amostra e a deixa pela lateral oposta. Contudo, antes de deixar o sistema, o vórtice cinemático experimenta um efeito de barreira superficial, que causa uma diminuição em su... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: With the scientific development, the fabrication of materials at nano and sub-micrometer scales become a reality. In theoretical and experimental study of superconducting materials, such systems are called mesoscopic and have sizes of the order of their characteristic lengths, i.e., λ(T) and ξ(T). In these scales, the vortex dynamics is strongly dominated by confinement effects. In this way, the investigation of their characteristics have fundamental importance for the development and application of these materials effectively. Then, in this work we studied the effect of a transport current flowing through a mesoscopic constriction, which was produced by inserting two defects (normalizing 0<ψ<1 inside the defect) on the opposite edges of the system. The mesoscopic superconducting samples were simulated in the presence of transport currents and applied magnetic fields by solving the time-dependent Ginzburg-Landau equation in its generalized form (GTDGL). At zero applied magnetic field, kinematic vortex-antivortex pairs are formed at the defects and annihilate at the center of the sample. On the other hand, small external magnetic fields produce an asymmetry in the distribution of the superconducting currents. Then, only one kinematic vortex is nucleated in one of the borders of the sample and leaves it by the opposite side. However, before leaves the system, the kinematic vortex experiences a surface barrier effect, which causes a decrease in its velocity. The results obtained... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:04:34Z (GMT). No. of bitstreams: 3 arquivo7765_1.pdf: 4183258 bytes, checksum: b3bf4a44203879d64bcf9c780d662416 (MD5) arquivo7765_2.pdf: 7594244 bytes, checksum: 915a106b80a3844645a0264182d60b67 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2006 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Desde o trabalho de Abrikosov em 1957, tem se tornado clara a existência e a estabilidade de uma rede de linhas de fluxo magnético (vórtices) em certas faixas de campo e temperatura em supercondutores do tipo II. Submetidos a correntes ou flutuações térmicas, os vórtices movimentam-se na amostra supercondutora de forma a gerar dissipação térmica. Porém, tais perdas são danosas para a grande maioria das aplicações tecnológicas atuais, sempre tentando alcançar correntes elétricas livres de resistividade. Nestes casos, evitar a dissipação ou ruído na voltagem nada mais é do que evitar o movimento destas linhas de fluxo magnético. Uma das formas mais eficazes e práticas de se reduzir o movimento não desejado dos vórtices é introduzir centros de aprisionamento artificial ( pinning artificial). Estes centros de aprisionamento são introduzidos por técnicas de nanofabricação que podem produzir configurações aleatórias ou regulares de pinning . Neste último caso, redes de centros de ancoragem induzem configurações de rede de vórtices cuja corrente crítica é superior `a encontrada em rede de vórtices submetida a centros de pinning aleatórios. Tal fato se dá basicamente devido ao efeito de matching e comensurabilidade entre as duas redes. Assim, caracterizar estas fases dependendo da densidade de vórtices e da simetria da rede de aprisionamento é de suma importância para aplicação tecnológica atual e futura. Além do apelo tecnológico, a interação entre vórtices e pinning é um modelo prático e simples de interação entre uma rede elástica e um substrato periódico e, assim, consegue ser generalizado para uma grande variedade de sistemas na matéria condensada incluindo colóides sobre substratos periódicos ou lasers de interferência, átomos adsorvidos em uma superfície, vórtices em arranjos de junções Josephson e assim por diante. Esta tese tem como objetivo estudar as configurações de equilíbrio, proliferação de defeitos e o derretimento de redes de vórtices em sistemas bidimensionais encontrados em filmes finos supercondutores. As configurações de redes de vórtices mostram-se ter dependência não trivial com o campo externo magnético aplicado. Estes vórtices estão sob a ação de diversos arranjos regulares de centro de ancoragem: redes quadradas, retangulares, calhas e etc. O fenômeno do derretimento foi observado levando em consideração o papel dos defeitos topológicos (deslocações, disclinações). O aparecimento destes defeitos topológicos depende diretamente da simetria da rede de vórtices em relação à rede de ancoragem bem como o valor da temperatura do sistema. Diversas densidades de vórtices foram estudadas, isto é, diversos valores de campo externo foram analisados. Em casos especiais, pode-se encontrar cristalização anisotrópica resultando em uma fase esmética. Esta fase esmética é vista ser induzida em valores de densidade de vórtices específicos bem como em simetrias específicas de arranjo de ancoragem

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:05:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7982_1.pdf: 2807972 bytes, checksum: 20ebb226caaa9e13d21afe2db8723c1c (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2003 / Nesta tese, estudamos teoricamente os aspectos dinâmicos e de equilíbrio da matéria de vórtices em duas classes de supercondutores nano estruturados: (i) amostras mesoscópicas, cujas dimensões são comparáveis aos comprimentos caráter ísticos do vórtice; e (ii) amostras com uma rede regular de armadilhas artificiais. Em ambos os casos, a simetria da rede de vórtices ´e extremamente dependente dos parâmetros espaciais da amostra, de modo que as propriedades da rede de vórtices podem ser controladas artificialmente. A nucleação de vórtices em filmes mesoscópicos e subseqüentes formações estruturais, à medida que um campo externo é variado foram simuladas por um algoritmo de dinâmica de Langevin. A estrutura dos vórtices e suas interações foram calculadas resolvendo a equação de London com as condições de contorno apropriadas. Mesmo na ausência de nao-homogeneidades, que, em geral, previnem ou retardam o movimento dos vórtices, o ciclo de magnetização calculado para estas amostras apresenta histerese. Isso resulta da forte barreira de superfície que retarda a entrada e a saída dos vórtices gerando estados metaestáveis profundos. Além disso, as curvas de magnetização de filmes de diferentes espessuras apresentam oscilações que indicam transições estruturais envolvendo a criação ou destruição de uma cadeia de vórtices. Usando um processo de minimização de Monte Carlo, calculamos o estado fundamental da rede de vórtices em filmes supercondutores com uma rede quadrada de poços de potencial. As propriedades elásticas da rede de vórtices foram estudadas no regime linear. Desenvolvemos um modelo simples que nos permitiu obter expressões analíticas para a resposta da rede de vórtices a uma pequena 8 excitação ac. Deste modelo, resulta que o espectro de freqüências ´e determinado por duas freqüências características: a freqüência de acoplamento entre os vórtices e as armadilhas e a freqüência de acoplamento entre os vórtices aprisionados e os vórtices intersticiais. O regime de validade do modelo foi estudado através de simulações de dinâmica molecular. Estudamos também as propriedades de transporte de vórtices através deste potencial periódico. Desenvolvemos um modelo perturbativo para calcular curvas características de voltagem versus corrente. Estudamos algumas fases dinâmicas em função da corrente (intensidade e direção) e da temperatura através deste modelo. Mostramos que a quebra de simetria rotacional provocada pelo potencial periódico gera uma resposta altamente anisotrópica do movimento dos vórtices. Calculamos ainda a temperatura em que o estado desordenado do movimento dos vórtices em correntes baixas cristaliza em uma rede elástica. A temperatura de cristalização que encontramos escala com o inverso do quadrado da velocidade do centro de massa, em contraste com a conhecida lei do inverso da velocidade encontrada para o movimento de vórtices em um potencial aleatório

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:28:55Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo4376_1.pdf: 722330 bytes, checksum: daf5b2b87fc3b1af3ec834bf90a2c63c (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2008 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Apresentamos as equações de movimento para n vórtices pontuais sobre as seguintes superfícies de Riemann: A Esfera S2 e o Espaço Hiperbólico H2. Apresentamos, também, a formulação Hamiltoniana para o movimento de vórtices sobre estas superfícies. Para isto, primeiramente, apresentamos a projeção estereográfica para S2 e H2. Então construímos o operador de Laplace-Beltrami e suas funções de Green. O campo vorticidade e a função corrente são relacionados através do operador de Laplace-Beltrami de forma que, usando as funções de Green, expressamos a função corrente como uma forma integral. Como exemplo, consideramos o movimento de um par de vórtices e mostramos que ele descreve um geodésica como sua trajetória sobre S2 e H2

Submitted by Alexandra Feitosa (alexandra.feitosa@ufpe.br) on 2017-07-25T13:43:57Z No. of bitstreams: 1 2012-Dissertacao-MarcelMoura.pdf: 3817034 bytes, checksum: 446ebbbcdd39fd7bf5fb4220a97e8b0d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-25T13:43:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012-Dissertacao-MarcelMoura.pdf: 3817034 bytes, checksum: 446ebbbcdd39fd7bf5fb4220a97e8b0d (MD5) Previous issue date: 2012-05-17 / Nessa disserta ̧c ̃ao estudamos a dinˆamica de v ́ortices pr ́oximos a fronteiras s ́olidas emum fluido ideal, atrav ́es do modelo de v ́ortices puntiformes. Obtivemos as configura ̧c ̃oesestacion ́arias de v ́ortices na presen ̧ca de um cilindro circular colocado em um escoamentouniforme e investigamos suas propriedades de estabilidadesob pequenas perturba ̧c ̃oes.Dois sistemas distintos foram estudados. Consideramos inicialmente o caso cl ́assico deum cilindro circular colocado em um escoamento uniforme ilimitado. Nesse caso, comose sabe, um par de v ́ortices com sentidos opostos ́e observado na esteira do cilindro, paran ́umeros de Reynolds at ́e cerca de 50, ao passo que para n ́umeros de Reynolds maiores,essa configura ̧c ̃ao torna-se inst ́avel dando lugar `a emiss ̃ao alternada de v ́ortices. Estesistema foi tratado analiticamente pela primeira vez, atrav ́es de um modelo de v ́orticespuntiformes, por F ̈oppl em 1913. Na primeira parte dessa disserta ̧c ̃ao, o modelo deF ̈oppl ́e revisto e v ́arias caracter ́ısticas novas desse sistema s ̃ao apresentadas, incluindoa existˆencia de um ponto de sela nilpotente no infinito, at ́eent ̃ao n ̃ao percebido, cujas ́orbitas homocl ́ınicas definem a regi ̃ao de estabilidade n ̃ao-linear do chamado equil ́ıbrio deF ̈oppl. Al ́em disso, estudamos tamb ́em a dinˆamica n ̃ao-linear resultante de perturba ̧c ̃oesanti-sim ́etricas do equil ́ıbrio de F ̈oppl e discutimos suarelevˆancia para a emiss ̃ao alternadade v ́ortices. Na segunda parte, consideramos o movimento de um v ́ortice em torno deum cilindro circular colocado acima de uma parede plana infinita. Em experimentos comesse arranjo, um v ́ortice estacion ́ario ́e observado na frente do cilindro, uma situa ̧c ̃ao quen ̃ao ́e encontrada no caso cl ́assico (i.e., sem o plano). Para estudar a dinˆamica de v ́orticesnessa situa ̧c ̃ao, a regi ̃ao do fluido ́e inicialmente mapeada em um anel em um planocomplexo auxiliar, e o potencial complexo correspondente ́e ent ̃ao obtido em termos dachamada fun ̧c ̃ao prima de Schottky-Klein, que neste caso pode ser escrita em termos defun ̧c ̃oes el ́ıpticas. As configura ̧c ̃oes estacion ́arias s ̃ao ent ̃ao calculadas e suas propriedadesde estabilidade s ̃ao determinadas. Discutimos tamb ́em, como as solu ̧c ̃oes do modelo dev ́ortice puntiforme podem ajudar a explicar as observa ̧c ̃oes experimentais envolvendo aforma ̧c ̃ao de v ́ortices na frente de um cilindro colocado pr ́oximo a um plano. / In this thesis the dynamics of vortices near solid boundaries in an ideal fluid is studiedusing the point vortex model. Stationary configurations of vortices in the presence of acircular cylinder placed in a uniform stream are obtained and their stability propertiesunder small disturbances are investigated. Two different systems are studied. First, theclassical case of a circular cylinder placed in a uniform stream in an otherwise unboundeddomain is considered. As is well known, in this case a pair of counter-rotating eddies isobserved downstream of the cylinder for Reynolds numbers upto about 50, whereas forlarger Reynolds number this configuration becomes unstable, leading to vortex shedding.This system was first treated analytically using point vortices by F ̈oppl in 1913. In thefirst part of the thesis, the F ̈oppl model is revisited and several novel features of this sys-tem are presented, including the existence of a hitherto unnoticed nilpotent saddle pointat infinity whose homoclinic orbits define the region of nonlinear stability of the so-calledF ̈oppl equilibrium. In addition, the nonlinear dynamics resulting from antisymmetricperturbations of the F ̈oppl equilibrium is studied and its relevance to vortex sheddingis discussed. In the second part, the motion of a vortex around a cylinder placed abovean infinite plane wall is considered. In experiments using this arrangement, a stationaryeddy is observed in front of the cylinder, a situation that isnot found in the classical case(i.e., without the plane). To study the vortex dynamics in this case, the flow domain isfirst mapped to an annulus in an auxiliary complex plane and the corresponding complexpotential is obtained in terms of the so-called Schottky-Klein prime function, which inthis case can be written in terms of elliptic functions. The stationary configurations arethen calculated and their stability properties are determined. It is also discussed how thesolutions of the point vortex model can help to explain the experimental findings for thevortex formation in front of a cylinder placed near a plane.

Orientador: Rafael Zadorosny / Resumo: Correntes de transporte interagem com os vórtices de Abrikosov nos supercondutores do tipo II via força de Lorentz (FL), o que pode resultar em seu movimento. Esse movimento ocorrerá se FL suprimir a força de pinning (FP) [4,6], que mantém os vórtices ancorados, tais como defeitos e orifícios artificiais nas amostras. Nos casos em que FL >> FP, os vórtices se movem livremente e experimentam apenas resistência viscosa devido à sua interação com o condensado supercondutor. Esse estado de movimento é conhecido como flux flow (FF). Assim, no presente trabalho, estudamos a dinâmica dos vórtices em uma fita supercondutora com tamanhos laterais de 10 ξ(0) x 70 ξ(0), com seis grãos espaçados por um supercondutor de menor Tc, i.e., um weak-link (WL). Além disso, em cada grão foram considerados quatro defeitos da mesma natureza que os WL’s, simulando defeitos intrínsecos. Para tal estudos, as equações generalizadas de Ginzburg-Landau dependentes do tempo (GTDGL) foram solucionadas numericamente. Assim, foram considerados três valores diferentes de campos magnéticos externos, i.e., Hap = 0,1 Hc2(0), 0,3 Hc2(0) e 0,5 Hc2(0), e densidade de correntes de transporte de intensidade que variou em passos de 0,005J0. Observou-se que a intensidade de Hap, influencia diretamente nos regimes de movimento, onde para Hap = 0,1 Hc2(0) foi verificado apenas o FF intergranular e uma dinâmica mais duradoura. Já para Hap = 0,3 Hc2(0) e 0,5 Hc2(0) foram observados dois regimes de movimento, o flux flow (F... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Transport currents interact with Abrikosov vortices in type II superconductors via Lorentz force (FL), which can result in their motion. Such movement will occur if FL suppresses the pinning force (FP) [4,6], which keeps vortices trapped, such as defects and artificial holes in the samples. In cases where FL >> FP, the vortices move freely and experience only a viscous resistance due to their interaction with the superconducting condensate. This state of motion is known as flux flow (FF). Thus, in the present work, we studied the vortex dynamics a superconducting tape with lateral sizes of 10 ξ(0) x 70 ξ(0), with six grains spaced by a smaller Tc superconductor, i.e., a weak-link (WL). In addition, in each grain, four defects of the same nature as the WL's were considered, simulating intrinsic defects. For such studies, the generalized time-dependent Ginzburg-Landau equations (GTDGL) were solved numerically. Thus, three different values for the external magnetic field were considered, i.e., Hap = 0.1 Hc2(0), 0.3 Hc2(0) and 0.5 Hc2(0), and density of transport currents of intensity that varied in steps of 0,005 J0. It was observed that the intensity of Hap directly influences the motion regimes, where for Hap = 0.1 Hc2 (0) it was verified only the intergranular FF and a longer dynamics. For Hap = 0.3 Hc2(0) and 0.5 Hc2(0), two motion regimes were observed, the inter and intragranular FF. However, there was a faster destruction of the superconductor (SC). It was also found that... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientadores: Amir Ordacgi Caldeira, Newton Cesário Frateschi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-22T06:59:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_FelipeGustavodaSilva_M.pdf: 5201395 bytes, checksum: aa675cbe9765e61acda958aff38d1a42 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Dispositivos baseados em junções Josephson tem desempenhado um papel importante tanto em ciências básicas quanto aplicadas. Neste trabalho, descrevemos a fabricação e caracterização DC de junções Josephson do tipo ScS (superconductor-constrição-supercondutor). Os dispositivos exibem uma característica VI que concorda com o bem conhecido modelo RSJ (resistência nula abaixo de uma corrente crítica mas constante e não nula acima dessa corrente) para temperaturas ~ 2 K. Para temperaturas um pouco maiores, observamos vários estados resistivos na curva VI, os quais são tipicamente atribuídos ao fluxo de vórtices de Abrikosov no interior da constrição. As medidas, porém, também sugerem que este pode não ser o caso nesses dispositivos devido à pequena magnitude do campo magnético autoinduzido na constrição, se comparado aos campos típicos que a levariam ao estado misto / Abstract: Josephson junction devices have played a role in fundamental and applied sciences. In this work, we report the fabrication and DC characterization of niobium Josephson junctions of the ScS (superconductor-constriction-superconductor) type. The devices exhibit a VI characteristic in accordance with the well known RSJ model (vanishing resistance below a critical current and constant nonzero resistance above it) for temperatures ~ 2 K. For slightly higher temperatures, we observe several resistive states in the VI curve which are usually attributed to the flow of Abrikosov vortices within the constriction. Our measurements, however, suggest that this might not be the case in these devices due to the smallness of the self-induced magnetic field in the constriction in comparison with the typical fields which drive it into the mixed state / Mestrado / Física / Mestre em Física

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2306.pdf: 4856564 bytes, checksum: c52f900ad514c12119607c7c7f6a1bc0 (MD5) Previous issue date: 2009-03-30 / Financiadora de Estudos e Projetos / In this work we have studied the Vortex Matter dynamics in Nb superconducting films with different arrays of columnar defects. For that we studied the order-disorder line H (T) OD , where the melting of the vortex lattice occurs. The H (T) OD frontier was determined through the imaginary component &#61687;" of the susceptibility in &#61687;&#61472;&#61655;T measurements, whose peak temperature T &#61480;H&#61481;&#61472;p is associated with a maximum in energy dissipation, due to the viscous movement of vortices, which signals the beginning of a nonlinear regime. For this study we modified the pinning force efficiency in Nb samples using three different approaches: varying the technique employed to fabricate the defects, using large-value excitation fields and modifying the angle between the columnar defects in the sample and the applied magnetic field. As the pinning efficiency decreases, two regimes in the melting line become detectable, distinguished form each other by the appearance of a kink in a characteristic temperature k T . For temperatures lower than k T , pinning is significantly more efficient, and the H (T) OD line can be adjusted with a power-law; at higher temperatures, depinning is favored by thermal excitation, and the transition line is adjusted by a Bose-glass model for columnar defect systems. In this work we also studied both regimes with these theoretical models, previously available in the literature. For this we built the H &#61655;T diagram with the irreversibility line irr H , upper critical field C2 H , and the order-disorder line H (T) OD , studying the dependence of the solid-liquid transition with the excitation field, frequency and angle of the applied magnetic field. We compared the pinning forces acting on different samples and applied a universal scaling approach to our experimental data points, proving the adequacy of the model to our results. / Neste trabalho estudamos a dinâmica da Matéria de Vórtices em filmes de Nb supercondutor, com diferentes arranjos de defeitos colunares. Para isso estudamos a linha de transição de ordem-desordem H (T) OD , através da qual ocorre a fusão da rede de vórtices. A fronteira H (T) OD foi obtida através da componente imaginária &#61687;" da suscetibilidade, em medidas &#61687;&#61472;&#61655;T , cuja temperatura de pico T &#61480;H&#61481;&#61472;p está associada a um máximo na dissipação de energia, devido ao movimento viscoso dos vórtices, que sinaliza o início de um regime não-linear. Para este estudo modificamos a eficiência da força de pinning, em amostras de Nb, de três formas diferentes: variando a técnica empregada na fabricação dos defeitos, usando valores elevados de campo de excitação AC e alterando o ângulo entre os defeitos colunares na amostra e o campo magnético aplicado. Conforme a eficiência do ancoramento dos defeitos diminui, dois regimes na curva de fusão tornam-se detectáveis, distinguíveis pelo aparecimento de um kink em uma temperatura k T característica. Em temperaturas abaixo de k T o pinning é significativamente mais eficiente, e a linha H (T) OD pode ser ajustada por uma lei de potência; e a temperaturas mais altas o depinning é favorecido pela agitação térmica, e a fusão ajusta-se ao modelo para a transição Bose-glass para sistemas com defeitos colunares. Neste trabalho também estudamos os dois regimes à luz desses modelos teóricos, previamente disponíveis na literatura. Para isto nós construímos o diagrama H &#61655;T e situamos nele a linha de irreversibilidade irr H , o campo crítico superior C2 H , e a linha de ordem-desordem H (T) OD , estudando a dependência da transição sólido-líquido com o campo de excitação, com a freqüência e com o ângulo do campo magnético aplicado. Comparamos as forças de pinning atuantes nas diferentes amostras e aplicamos a abordagem de scaling universal aos nossos dados experimentais, comprovando a adequação do modelo aos nossos resultados.

Orientadores: Antonio Augusto Fasolo Quevedo, Waldir Antonio Bizzo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-14T20:06:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ramos_AndredePaula_M.pdf: 3634888 bytes, checksum: 6ac215157ad6cab344d793b24a2bc1cd (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O espirômetro é um dispositivo que avalia a ventilação pulmonar. Este é um trabalho preliminar que propõe um sensor eletromecânico de fluxo com foco na aplicação biomédica de espirometria. O sensor consiste de um corpo rombudo, introduzido em um cano por um orifício, e um acelerômetro. A colisão das partículas do fluido contra o corpo rombudo gera vórtices, que por sua vez induzem vibrações no corpo. Forças de arrasto também estão presentes e tendem a movimentar o corpo. Os movimentos decorrentes do escoamento são captados pelo acelerômetro, que é posicionado na porção do corpo rombudo externa ao cano, evitando o contato do elemento eletrônico (acelerômetro) com o fluido, o que pode facilitar procedimentos de esterilização da luz do cano. Foram analisados corpos rombudos em forma de lâmina (com e sem massa adicional) e cilindro. O procedimento experimental consistiu no estabelecimento de seis regimes permanentes de entrada (vazão de ar) e na captura do sinal de resposta do sensor (nos três eixos). Foram coletadas 24 respostas do sensor para cada um dos regimes e posteriormente foram levantadas as curvas do sensor e realizadas análises estatísticas. Resultados significativos foram encontrados para o eixo do acelerômetro paralelo ao fluxo. Para a lâmina, o Valor Eficaz (RMS) do sinal foi proporcional à vazão com linearidade e coeficiente de correlação variando, respectivamente, de 19% e R2 = 0,99058, para o ensaio sem massa adicional, a até 8,4% e R2 = 0,9741, para o ensaio com massa adicional. O arrasto contínuo (valor médio da resposta) não guardou relação monotônica com o aumento da velocidade do ar. Já para o cilindro, o arrasto foi proporcional à vazão com altíssima linearidade e correlação (0,17% e R2 = 0,96347), mas o RMS do sinal não guardou relação monotônica com a vazão. Finalmente, embora sejam necessários mais estudos para utilizar o sensor proposto em equipamentos de espirometria, este trabalho demonstra que o sensor responde proporcionalmente às entradas (escoamento), dentro (de 0 a até 14 l/s) e fora da faixa (até 21 l/s) de operação do espirômetro com altos coeficientes de correlação e linearidade, além de respostas diferenciadas dadas diferentes entradas (vazões) comprovadas por ANOVA (valor de p < 10-15). / Abstract Spirometer is a device that evaluates pulmonary ventilation. This paper presents a preliminary study of a new electromechanical sensor, focused on the biomedical application of spirometry. The sensor is composed of a bluff body positioned inside a tube trough a hole, being a part of the body inside and another part outside of the tube, and an accelerometer positioned on the outside part. Within a fluid flow, the bluff body causes vortex shedding, and the vortexes induce vibrations on the body. Also, the viscous force of the flow drags the bluff body. Both movements are captured by the accelerometer and correlated with the flow. One important feature of this sensor is that the fluid does not contact any of the electronics, easing tube lumen sterilization procedures. Three types of bluff bodies were studied: two blades (with and without additional mass), and one cylinder. The experimental procedure consisted of establishing six different air flows and then capturing the accelerometer response in all of its three axes. Each of the collected signals from the accelerometer was divided in 24 parts, and these parts where analyzed through statistics; finally the mean response of the sensor was plotted. Best results were found in the accelerometer axis parallel to the air flow. In the blade tests, the RMS value of the AC component was proportional to the air flow, with linearity and correlation varying, respectively, from 19% and R2 = 0.99058 for the blade without mass, to 8.4% and R2 = 0.9741 for the blade with additional mass. It was observed that the mass addition reduced in a meaningful way the response variances. Yet the viscous force (DC value) did not respond in a monotonic way with the increase of air flow. On the other hand, the viscous force was the most expressive regarding the experiments with the cylinder (linearity of 0.17% and R2 = 0.96347), but the RMS value did not respond in a monotonic way. Finally, although further studies are needed to prove that the proposed sensor is efficient to be used in spirometry equipment, this study demonstrates that this sensor responds proportionally to the flow input, within (0 to 14 l/s) and without (up to 21 l/s) the spirometer operation range, with high correlation and linearity, as well as varying responses, given different inputs (flow), as verified by ANOVA test (p < 10-15). / Mestrado / Engenharia Biomedica / Mestre em Engenharia Elétrica