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Martinoli, Piero

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Martinoli, Piero
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Piero.MARTINOLI@unine.ch
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https://libra.unine.ch/handle/123456789/488

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    Dynamics of Josephson junctions in a superconducting ring using a “Three-Coils” technique
    (2007)
    Cubero García, Oscar Jesús
    ;
    Martinoli, Piero 
    The aim of this thesis is to observe the Berezinskii-Kosterlitz-Thouless (BKT) transition on a magnetically shielded array of Josephson Junctions using an inductive technique. A major component of this work was the design, fabrication and investigation of the dynamics of a Superconductor-Normal-Superconductor (SNS) Josephson junction embedded in a coplanar and gradiometric superconducting coil. The fabrication process involved a series of steps combining different thin film techniques, such as, photolithography, sputtering, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) and Reactive Ion Etching (RIE). Furthermore, to extract physical magnitudes, namely the sample coil current, we carried out exact calculations of the self and mutual inductances between the coils of the measurement system. In order to understand the response of our device we started with a lumped circuit model consisting of a Josephson junction in series with a superconducting ring of self inductance L. This model leads to a useful graphical representation which explains qualitatively the principal features of the DC and AC measurements. In particular, it has been demonstrated that the source of the observed dissipation in the AC measurements is a series of jumps in the total flux and a series of hysteresis cycles that the sample undergoes when subjected to an alternating magnetic field. A lumped circuit model that also takes into account the normal resistance of the junction, and then the dissipation, has been implemented. The numerical solution of the corresponding differential equation is in very good quantitative agreement with the AC measurements. On the other hand, it was possible, for the first time with a contactless technique, to extract the critical current of a Josephson junction. Two principal features were observed using the device consisting of a single Josephson junction embedded in a superconducting ring. Firstly, a sudden fall in the critical current near the temperature at which dissipation appears, and secondly, a dependence of this transition temperature on the thickness of the junction’s normal metal. Both behaviors were also observed when the single junction was substituted for an array of Josephson junctions. As a result, the possible contribution to dissipation due to the unbinding of vortex-antivortex pairs, as predicted by the BKT theory, may be hidden by the aforementioned dissipation mechanism. No clear signature of the BKT transition was found.
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    Accès libre
    Etude de la profondeur de pénétration magnétique de couches supraconductrices ultraminces de La2-xSrxCuO4
    (2005)
    Rüfenacht, Alain
    ;
    Martinoli, Piero 
    Ce travail de thèse regroupe diverses études de la profondeur de pénétration magnétique dans des couches ultraminces supraconductrices de La2-xSrxCuO4 (LSCO) mesurées par méthode inductive. Cette méthode de mesure, dont le dispositif est constitué de deux micro-bobines, n'est pas applicable pour extraire la profondeur de pénétration ( ab) à basse température de films supraconducteurs ayant un fort écrantage. La solution retenue pour contourner cette limitation consiste à diminuer l'épaisseur de la couche supraconductrice. Dans ce but, la première partie du travail a été consacrée au développement d'une technique permettant la croissance de couches ultraminces, par l'introduction d'une couche tampon homoépitaxiale. Grâce à cette approche, la profondeur de pénétration magnétique des couches minces de LSCO est accessible sur tout le domaine de température, et notamment à basse température ou la densité superfluide (1/ ab2) est maximale. Les mesures de la dépendance de ab en fonction de la température et du champ magnétique ont permis de mettre en évidence la nature nodale de la symétrie du paramètre d'ordre dans ce type de composé. Les courbes mesurées sont visuellement très différentes de celles obtenues avec un supraconducteur de type conventionnel, comme l'atteste la comparaison avec un film mince d'aluminium granulaire. La confrontation des mesures avec divers modèles basés sur la symétrie d-wave du paramètre d'ordre, permet l'extraction de grandeurs fondamentales, comme la vitesse de fermi vf ou encore le rapport vf/v . Si l'ordre de grandeur est respecté et les valeurs tirées encourageantes, en comparaison avec les mesures effectuées par des méthodes différentes sur des composés différents, la limite de validité des modèles, permettant l'extraction de ces quantités, est proche. L'interprétation des données est donc faite avec précautions. Cette étude met également en évidence la difficulté d'obtenir des films de qualité et de propriétés équivalentes, bien que la méthode de déposition retenue (croissance épitaxiale par jets moléculaires) et les divers paramètres utilisés lors de ce processus soient similaires. L'accès à une technique permettant la croissance de couches ultraminces supraconductrices remplit la condition de base requise pour l'élaboration d'un dispositif à effet de champ ayant une modulation conséquente. De plus, la variation de la densité de porteurs de charges indépendamment du niveau de désordre offre de nouvelles possibilités pour l'étude de la profondeur de pénétration. Combinant une fine couche diélectrique d'oxyde de hafnium avec la technique de couche tampon homoépitaxiale, la structure à effet de champ développée a permis d'atteindre une modulation relative de 1/ ab2 de l'ordre de 18 %, soit une amplitude nettement supérieures à celles reportées jusqu'à présent dans la littérature. Le résultat principal obtenu à partir de ce dispositif est la confirmation expérimentale de la relation de Uemura, valable dans la limite sous-dopée du diagramme de phase des cuprates et reliant la température critique Tc à la profondeur de pénétration à T=0 (Tc 1/ ab2(0)). Cette méthode mélangeant mesure de la profondeur de pénétration et effet de champ n'est qu'aux premiers balbutiements. Néanmoins, cette approche au vu des résultats obtenus semble être plus que prometteuse.
  • Publication
    Accès libre
    Interplay of frustration and geometry in Josephson junction arrays on a dice lattice
    (2005)
    Tesei, Mauro
    ;
    Martinoli, Piero 
    Cette thèse est dédiée aux effets de compétition entre le champ magnétique appliqué et la géométrie du pavage de réseaux de jonctions Josephson dans le cas particulier d'un pavage T3 ("dice"). Il s'agit en fait de l'étude d'un système modèle dans des conditions réelles. Le comportement des réseaux de jonctions classiques a été étudié en fonction du champ magnétique appliqué, de la température et de la fréquence avec laquelle le système est excité. Les propriétés de transport des réseaux de jonctions Josephson réalisées par effet de proximité sont mises en évidence par des mesures de l'impédance de surface effectuées au moyen d'une technique inductive qui distingue les travaux de recherche menés au sein du groupe. Selon la valeur du champ magnétique appliqué, il sera impossible pour le réseau de jonctions de se placer dans un minimum absolu d'énergie. Le système doit alors trouver un compromis entre les différentes contraintes liées à la fois au champ magnétique appliqué et à la géométrie du réseau. C'est dans une telle situation que le système est dit frustré. Le comportement est radicalement différent selon l'état de frustration, i.e. selon le champ magnétique appliqué. La particularité du pavage T3, composé de losanges orientés selon trois directions différentes, se manifeste lorsque le champ appliqué est tel que chaque losange du réseau est traversé par un demi quantum de flux. Dans ce cas la cohérence de phase, et par conséquent la supraconductivité, dans l'échantillon est presque supprimée et la dissipation est plus importante que pour n'importe quelle autre valeur de champ magnétique. Une comparaison entre cet état dit totalement frustré et un état qui au contraire présente une forte cohérence de phase a permis de révéler une riche variété de phénomènes. Les propriétés liées au modèle de mécanique statistique étudié, le modèle "XY", appliqué à cette géométrie particulière permettent de comprendre une partie seulement des observations. Il a donc été nécessaire d'aller au-delà du système modèle et pour la première fois les effets d'écrantage magnétique provenant du réseau de jonctions ont été pris en compte afin de comprendre le comportement critique. Ces effets magnétiques peuvent même être dominants dans la région critique du modèle statistique et en changer le comportement, comme dans le cas de l'état totalement frustré. Par ailleurs les observations expérimentales montrent à basse température une dynamique similaire pour plusieurs états de frustration et pour différentes géométries du pavage. Ces similitudes reflètent la prédominance de paramètres intrinsèques au type de réseaux de jonctions étudié et à leur procédé de fabrication. Cette thèse répond à plusieurs interrogations surgies à la suite de travaux antérieurs, notamment sur le comportement critique de l'état totalement frustré. A son tour ce travail laisse quelques questions ouvertes concernant les mécanismes qui ont majeure influence sur la dynamique des vortex et plus généralement des défauts topologiques dans les réseaux de jonctions Josephson classiques