Configurações de Vórtices em supercondutores multibandas artificialmente engenheirados

Desde a descoberta da supercondutividade em MgB2 tem havido muito interesse no estudo, tanto teórico como experimental, de materiais supercondutores com multibandas. Os estudos teóricos têm sido desenvolvidos utilizando principalmente a teoria de Ginzburg-Landau. Esses estudos revelaram que é possível observar configurações exóticas de vórtices, como por exemplo, vórtices não-compostos e vórtices fracionários. Neste trabalho, utilizamos o modelo de Ginzburg-Landau de duas componentes e a formulação de Lawrence-Doniach como base para a simulação computacional de um supercondutor multibanda artificialmente engenheirado. O sistema estudado é composto por duas camadas supercondutoras mesoscópicas com geometria quadrada, uma do tipo-I e a outra do tipo-II, separadas por um material isolante. As camadas são ligadas entre si por acoplamentos Josephson e magnético, e encontram-se submetidas a um campo magnético estático externo aplicado perpendicularmente a elas. Foram calculadas as configurações de vórtices e a magnetização do sistema em função do campo magnético aplicado, da temperatura, da intensidade do acoplamento entre camadas (bandas) e do tamanho do quadrado. Observa-se que, diferentemente de um quadrado mesoscópico com uma única banda, em baixas temperaturas os vórtices não se organizam em uma rede de Abrikosov, ao contrário, são formados aglomerados de vórtices e configurações que não acompanham a simetria do sistema. Atribui-se esse comportamento à interação entre vórtices, que neste caso pode assumir uma forma não-usual devido à competição entre as duas camadas (bandas) supercondutoras consideradas. Utilizando-se um procedimento de resfriamento com campo (FC, do inglês field cooling) observa-se que a temperatura é um parâmetro que controla a interação vórtice-vórtice. Para altas temperaturas e altas vorticidades, as configurações de vórtices têm como influências principais a simetria quadrada da amostra e a interação repulsiva entre vórtices. Já, para temperaturas baixas a interação entre vórtices torna-se não-monotônica sendo repulsiva em curto alcance e atrativa em longo alcance promovendo a formação de um estado de agregado de vórtices confinado pela geometria quadrada da amostra. Observa-se também que o aparecimento deste estado de aglomerado de vórtices depende da densidade de vórtices sendo que para baixas densidades ocorre um efeito de superfície que atrai os vórtices para as bordas da amostra. Para densidades intermediárias ocorre o estado de aglomerado de vórtices e para altas densidades de vórtices observa-se uma tendência de formação de uma estrutura hexagonal para a rede de vórtices.CNPQSince the discovering of superconductivity in the MgB2 compound, there has been a great theoretical and experimental interest on the properties of multiband superconductors. Most of theoretical studies are based on the Ginzburg-Landau theory and some of them predicts exotic vortex structures as non-composite and fractional vortex states. In this work, within the two-component Ginzburg-Landau approach based on the Lawrence- Doniach model, we carried out computational simulations of an artificially engineered multiband superconductor. Our system comprises two square superconducting mesoscopic layers separated by a thin insulator. One layer is a type-I whereas the other layer is a type-II superconductor. The layers are coupled by Josephson and magnetic coupling and are imersed in a static magnetic field applied parallel to them. The vortex configurations and the system magnetization were calculated as a function of the applied magnetic field, temperature, magnitude of Josephson coupling and the sample size. We found for low temperatures that, differently of a single-band type-II mesoscopic square, the vortex lattice is not organized in an Abrikosov lattice but in a vortex cluster that does not follow the sample geometry. This behavior is due to the vortex-vortex interaction that assumes a non-usual shape as a consequence of the competition between the two superconducting layers (bands) considered. By a field cooling (FC) procedure we observed that the temperature is a control parameter for the vortex-vortex interaction. For high temperatures and vorticities, the vortex configurations are strongly influenced by the sample square symmetry and the repulsive vortex-vortex interaction. For lower temperatures the non-monotonic vortex-vortex interaction, short-range repulsive and long-range attractive, promotes a vortex cluster state confined by the square sample geometry. The appearance of this vortex cluster phase depends on the vortex density: for low vortex density a surface effect takes place attracting the vortices to the sample borders, for moderate densities a vortex cluster arrangement is favored and, finally, for high densities there is a tendency to form an hexagonal vortex lattice