Universität zu Köln

Order and Transport in Disordered Type-II Superconductors

Petkovic, Aleksandra (2009) Order and Transport in Disordered Type-II Superconductors. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    This thesis investigates three different topics related to transport and order in type-II superconductors and Luttinger liquids. In the main part of this thesis, in Chapter 2, we study the influence of randomly distributed point impurities and planar defects on the static and dynamic properties of type-II superconductors. It is shown that the phase resulting from weak point impurities, the so-called Bragg glass phase, is unstable with respect to planar defects. Even a single weak defect plane oriented parallel to the magnetic field as well as to one of the main axis of the Abrikosov flux line lattice is a relevant perturbation in the Bragg glass phase. We examine the effect of a finite density of randomly distributed parallel planar defects aligned to the magnetic field and find that the system exhibits a new glassy phase, which we call planar glass. The planar glass is characterized by a transverse Meissner effect and by resistance against shear deformations. We also obtain sample to sample fluctuations of the longitudinal magnetic susceptibility and an exponential decay of translational order in the direction perpendicular to the defects. The flux creep perpendicular to the defects leads to a nonlinear resistivity and a new creep exponent 3/2. We find that strong planar defects enforce edge dislocations located at the defects, with a Burgers vector parallel to the defects, in order to relax shear strain. In Chapter 3, we study voltage-current characteristics occurring in a thin superconducting film at different temperatures and in the absence of an external magnetic field. Below the Berezinskii-Kosterlitz-Thouless transition vortices and antivortices are bound into pairs. In the presence of a transport current, that tends to separate a pair, there is a finite energy barrier that has to be overcome in order to break a vortex pair and produce free vortices. Hence, thermally activated pairs can dissociate yielding a nonlinear power law voltage-current relation. We find that at sufficiently low temperatures the quantum tunneling of vortices through the barrier turns out to be more probable than the thermal activation over the barrier, leading to a different voltage-current relation than the above mentioned classical one. We study the crossover from purely quantum to purely classical behavior. In Chapter 4, we investigate the competition between the Mott and the Anderson insulating state in a one-dimensional disordered fermionic system. Contrary to some studies, tracing back both a finite compressibility and a nonzero ac conductivity to vanishing kink energy of the electronic displacement field, we exclude the existence of an intermediate Mott Glass phase in systems with short-range interaction. The phase diagram is constructed from combining the information from the renormalization group flow, the kink energy, and simple scaling arguments.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Die vorliegende Arbeit untersucht drei verschiedene Problemfelder, die sich mit Transport- und Ordnungsphänomenen in Supraleitern 2. Art und in Luttingerflüssigkeiten befassen. Im Hauptteil dieser Arbeit, in Kapitel 2, wird der Einfluß zufällig verteilter Punktstörstellen sowie planarer Defekte auf die statischen und dynamischen Eigenschaften von Supraleitern 2. Art studiert. Es wird gezeigt, daß die von schwachen Punktstörstellen erzeugte Phase, die sogenannte Bragg-Glas-Phase, instabil gegenüber planaren Defekten ist. Sogar eine einzige schwache Defektebene stellt eine relevante Störung im Bragg-Glas dar, wenn sie parallel zum Magnetfeld oder zu einer der Hauptachsen des Flußliniengitters (Abrikosowgitter) ausgerichtet ist. Wir untersuchen den Effekt einer endlichen Dichte zufällig verteilter paralleler planarer Defekte, die parallel zum Magnetfeld ausgerichtet sind, und finden, daß das System eine neue glasartige Phase, die wir planares Glas nennen, aufweist. Das planare Glas ist charakterisiert durch einen transversalen Meißnereffekt, sowie eine hohe Widerstandskraft gegenüber Scherungsdeformationen. Darüberhinaus erhalten wir Fluktuationen der longitudinalen magnetischen Suszeptibilität unter den verschiedenen Proben (Unordnungskonfigurationen) und es ergibt sich ein exponentieller Zerfall der Translationsordnung senkrecht zu den Defekten. Das Kriechen der Flußlinien senkrecht zu den Defekten führt zu einem nichtlinearen spezifischen Widerstand und einem neuen Kriechexponenten 3/2. Weiter finden wir, daß starke planare Defekte zum Auftreten von Versetzungsfehlstellen an den Defektebenen führen, wobei der Burgersvektor parallel zu den Defekten ausgerichtet ist, um die Scherungen kleinzuhalten. In Kapitel 3 werden Spannungs-Strom-Charakteristika dünner supraleitender Filme bei verschiedenen Temperaturen in Abwesenheit externer Magnetfelder untersucht. Unterhalb des Berezinskii-Kosterlitz-Thouless-Übergangs sind Wirbelkonfigurationen (Vortizes) entgegengesetzter Orientierung paarweise gebunden (Vortexpaare). In Gegenwart eines Transportstromes, der sich destabilisierend auf die Vortexpaare auswirkt, gibt es eine endliche Energiebarriere, die überwunden werden muß, um die Vortexpaare aufzuspalten und freie Vortizes zu erzeugen. Durch thermische Anregung können Vortexpaare somit dissoziieren und es ergibt sich ein Potenzgesetz für die Spannungs-Strom-Beziehung. Bei hinreichend kleinen Temperaturen erweist sich das Quantentunneln der Vortizes durch die Energiebarriere hindurch als maßgeblich im Vergleich zur thermischen Anregung. Dies führt zu einer Spannungs-Strom-Beziehung, die sich von der oben erwähnten klassischen unterscheidet. Darüberhinaus untersuchen wir die Überleitung vom Quante- zum klassischen Verhalten. In Kapitel 4 befassen wir uns mit dem Gegenspiel von Mott- und Andersonisolator in eindimensionalen ungeordneten fermionischen Systemen. Indem wir sowohl die endliche Kompressibilität, als auch die endliche ac-Leitfähigkeit auf eine verschwindende Kinkenergie des elektronischen Versetzungsfeldes zurückführen, können wir in Systemen mit kurzreichweitiger Wechselwirkung die Existenz einer intermediären Mottglasphase ausschließen. Das Phasendiagramm kann durch das Zusammenführen der Informationen über den Renormierungsgruppenfluß und der Kinkenergie, sowie durch einfache Skalenargumente konstruiert werden.German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Petkovic, Aleksandraap@thp.uni-koeln.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-28334
    Subjects: Physics
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Unordnung , Supraleitung , Flusslinien , Kriechverhalten , PinningGerman
    disorder , superconductivity , flux lines , creep , pinningEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Institut für Theoretische Physik
    Language: English
    Date: 2009
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 25 June 2009
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 22 Sep 2009 12:26:02
    Referee
    NameAcademic Title
    Nattermann, ThomasProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2833

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