Iron based superconductors under the microscope: Electronic correlations at very high magnetic fields

• Autores: Marta Fernández-Lomana Gómez-Guillamon
• Directores de la Tesis: Isabel Guillamón Gómez (dir. tes.), Hermann Suderow (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2024
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 214
• Títulos paralelos:
  • Estudio de superconductores basados en hierro: Correlaciones electrónicas en campos magnéticos intensos
• Tribunal Calificador de la Tesis: María Roser Valentí Vall (presid.), Roberto Otero Martín (secret.), Andreas Kreyssig (voc.), Jaime Merino Troncoso (voc.), Carmen Rubio Verdú (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Física de la Materia Condensada, Nanociencia y Biofísica por la Universidad Autónoma de Madrid; la Universidad de Murcia y la Universidad de Oviedo
• Materias:
  • Física
    • Electrónica
      • Microscopia electrónica
    • Física del estado sólido
      • Superconductores
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen

  • Esta tesis se centra en los superconductores basados en hierro, que son materiales poco comprendidos que presentan propiedades fascinantes en la actualidad, como altas temperaturas críticas y fuertes correlaciones electrónicas.

    Para abordar las preguntas abiertas en estos materiales, se desarrolló un nuevo montaje experimental capaz de medir a campos magnéticos de hasta 22 T. Se construyó un microscopio de efecto túnel de barrido (STM, por sus siglas en inglés) casero con una resolución de 8.7 V y se instaló en un refrigerador de dilución a 100 mK, lo que permitió realizar mediciones precisas. Además, se implementó un sistema de clivaje de muestras in situ, lo que posibilitó obtener superficies extremadamente limpias mediante la fractura de muestras a muy bajas temperaturas y en condiciones de vacío criogénico.

    Durante la tesis de ha estudiado el material KFe2As2, descubriendo un estado de superconductividad de superficie único con campos magnéticos y temperaturas críticas varias veces más altos que los del volumen del material. Estudiando en detalle la fase superconductora bidimensional hemos encontrando que se caracteriza por un gap superconductor muy anisótropo consistente con una superconductividad cuyo parámetro de orden cambia de fase.

    También he estudiado el CaKFe4As4 puro y dopado con Mn bajo campos magnéticos elevados. El CaKFe4As4 es el pnicturo superconductor estequiométrico con la temperatura crítica más alta (Tc). En este material se ha encontrado una cascada de nuevos fenómenos de ordenamiento de carga. He caracterizado en detalle las ondas de densidad de carga y he determinado sus propiedades en función del campo magnético y el dopaje. El nuevo orden de carga resalta las fluctuaciones electrónicas y magnéticas con simetría cuatro en el CaKFe4As4, en contraste con las fluctuaciones de simetría dos presentes en los pnicturos superconductores donde la superconductividad de alta Tc aparece en compuestos dopados. Estudiando las propiedades superconductoras de los compuestos CaK(Fe1-xMnx)4As4 para x= 0.012, x= 0.024, se descubre una reducción en el tamaño del gap superconductor y una transición de un gap completo a un gap parcial a medida que aumentaba el nivel de dopaje.

    Finalmente, he estudiado el superconductor LaRu2P2. He crecido y caracterizado monocristales de alta calidad, observando por primera vez el gap superconductor y la red de vórtices en LaRu2P2, lo que reveló una superconductividad isótropa de tipo s y núcleos de vórtices grandes. Esto sugiere que las correlaciones electrónicas en este sistema son débiles, en contraposición a lo que se encontró en otros compuestos estudiados en esta tesis doctoral.

    En resumen, gracias al desarrollo y construcción de un nuevo STM de 22 T, he logrado desvelar una superconductividad de superficie bidimensional correlacionada con altas temperaturas críticas y campos magnéticos en KFe2As2. Este es un caso único que demuestra que las correlaciones y la reducción de la dimensionalidad pueden llevar a un aumento considerable de los parámetros superconductores. En el CaKFe4As4 tanto puro como dopado con Mn, he observado una onda de densidad de carga que se nuclea alrededor de defectos y que posiblemente está profundamente relacionada con la superconductividad de alta temperatura espacialmente modulada, de manera similar a lo que se encuentra en cupratos y otros superconductores de alta Tc. También he analizado la influencia de Mn sobre la superconductividad. Finalmente he crecido y caracterizado el superconductor LaRu2P2, el cual representa un ejemplo de superconductividad s-wave clásica, contrastando con el comportamiento no convencional encontrado en otros pnicturos superconductores.