Red bidimensional de vórtices superconductores en presencia de una modulación unidimensional nanofabricada

Es bien sabido, desde los trabajos pioneros de Peierls a comienzos del siglo XX y de Mermin 50 años después, que el desorden aleatorio destruye el orden en los sistemas bidimensionales (2D) de forma mucho más efectiva que en los materiales tridimensionales (3D). Recientemente hemos creado una red 2D de vórtices superconductores a temperaturas próximas al cero absoluto, y observado la transición orden-desorden con gran precisión (Nature Physics, Noviembre 2014).

Para generar desorden, utilizamos una modulación unidimensional muy débil, que nanofabricamos mediante haces de iones focalizados en el Instituto de Nanociencia de Aragón. A partir de cierto campo magnético, la modulación unidimensional y la red hexagonal de vórtices están incomensuradas. Esto genera desorden. Al aumentar el campo magnético, la interacción entre vórtices se debilita, y la red 2D cede al desorden, produciéndose una transición orden-desorden.

En el Laboratorio de Bajas Temperaturas de la Universidad Autónoma de Madrid (LBTUAM), observamos los vórtices uno a uno, utilizando un microscopio de efecto túnel. El experimento muestra muchos más vórtices que en trabajos anteriores—hasta varios miles, lo que ha permitido estudiar la transición orden-desorden con mucho detalle. Las imágenes demuestran que el desorden prolifera en la red de vórtices siguiendo un proceso continuo bien diferenciado en dos etapas, y reproduce los comportamientos predichos por las teorías de desorden aleatorio.

Sin embargo, el campo magnético al que encontramos la transición no coincide con lo esperado para un desorden puramente aleatorio—la acción del desorden sobre la red de vórtices es mucho menor de lo predicho. El experimento muestra la presencia de correlaciones 1D inducidas por la modulación, que permiten a la fase ordenada permanecer estable frente al desorden en un rango mayor de campo magnético.

Transición orden-desorden de la red de vórtices 2D inducida por inconmensuración a una modulación 1D a 0.1 K. El desorden en la red aumenta de forma continua con el campo magnético, pasando de un sólido hexagonal sin defectos (fase I), a un sólido con orden orientacional pero con desorden posicional (fase II), y finalmente, a una red completamente desordenada (fase III). Isabel Guillamón. UAM.

Transición orden-desorden de la red de vórtices 2D inducida por inconmensuración a una modulación 1D a 0.1 K. El desorden en la red aumenta de forma continua con el campo magnético, pasando de un sólido hexagonal sin defectos (fase I) a un sólido con orden orientacional pero con desorden posicional (fase II), y finalmente, a una red completamente desordenada (fase III). Isabel Guillamón. UAM.

Enhancement of long range correlations in a 2D vortex lattice by incommensurate 1D disorder potential. I. Guillamón, R. Córdoba, J. Sesé, J.M. De Teresa, M.R. Ibarra, S. Vieira, H. Suderow. Nature Physics (2014), DOI: 10.1038/nphys3132