Transition de dépiégeage dans les réseaux de vortex supraconducteurs : étude par simulation numérique

Depinning transition in superconductor vortex lattices : a numerical study

• Auteur / Autrice : Nicolas Di Scala
• Direction : Enrick Olive
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique, spécialité Physique des solides
• Date : Soutenance le 12/10/2012
• Etablissement(s) : Tours en cotutelle avec Universitat de Barcelona
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire GREMAN (Tours)
• Jury : Président / Présidente : Michel Saint Jean
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Claude Soret
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Le Doussal, Grégory Schehr

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ordre et désordre (physique)

Élasticité

Supraconducteurs

Tourbillons (mécanique des fluides)

Mots clés libres

Vortex supraconducteurs

Réseau de vortex

Systèmes élastiques désordonnés

Milieu désordonné

Superconductor vortices

Flux line lattice

Disordered elastic systems

Disordered medium

Résumé

Cette étude traite du dépiégeage et de la dynamique des systèmes élastiques désordonnés. Ce cadre regroupe une large classe de systèmes allant des interfaces (tel les que les parois de domaines dans les systèmes magnétiques ou ferroélectriques) aux systèmes périodiques(comme les réseaux de vortex dans les supraconducteurs de type II, les colloïdes ou encore les cristaux de Wigner). Dans ces systèmes, la compétition entre l'élasticité de la structure qui veut imposer un ordre parfait et le désordre induit une grande richesse dans le diagramme de phase. L'étude est menée par simulations numériques à grande échelle, dans lesquelles nous nous intéresserons spécifiquement aux réseaux 2D de vortex supraconducteurs.Deux types de dépiégeage sont observés lorsque l'on met en mouvement ces réseaux à l'aide d'une force extérieure : un dépiégeage plastique et un dépiégeage élastique. Nous porterons notre attention sur le dépiégeage élastique obtenu dans le cas d'un piégeage faible. A travers une analyse en loi d'échelle à température nulle et à température finie nous montrons le caractère continu de la transition de dépiégeage au seuil de dépiégeage. Divers exposants critiques sont déterminés dont l'exposant ß et δ caractérisant la dépendance en force et en température de la vitesse ou bien l'exposant ν caractérisant la divergence de la longueur de corrélation du système. Un modèle visco-élastique simple permettant de décrire la plasticité dans les systèmes périodiques évoluant sur un potentiel de piégeage en présence de désordre fort est également développé. Une grande variété de comportementsdynamiques, similaires à ceux observés à plus grande échelle dans des systèmes périodiques, peuvent être extraits d'un tel modèle. Un dépiégeage élastique ou plastique est observé, de l'hystérésis est mesurée dans le cas du dépiégeage élastique, et du chaos est détecté pour le dépiégeage plastique.

In this work we study the depinning and the dynamics of disordered elastic systems. This framework encompasses a broad class of systems from interfaces (like magnetic or ferroelectric domains walls) to periodic structures (like vortex lattices in type II superconductor, colloids or Wigner crystals). In these systems, the competition between the elasticity of the structure that wants to impose a perfect order and disorder produces a great variety of phases and transitions. The study is conducted by large-scale numerical simulations, in which we focus specifically on 2D superconductor vortex lattices. Two types of depinning are observed when we set in motion these lattices using an external force : a plastic depinning and an elastic depinning. We will focus on the elastic depinning obtained when the pinning is weak. Using a scaling law analysis at both zero and nonzero temperature we show that the depinning transition is continuous near the depinning threshold. Various critical exponent are evaluated such as the ß and δ exponents characterizing the force and temperature dependances of the velocity or the ν exponent characterizing the divergence of the correlation length of the system. A simple viscoelastic model allowing to describe plasticity in periodic structures driven over a strong disordered medium is also developed. A wide variety of dynamical behaviors, similar to those observed on a larger scale in periodic systems, can be extracted from such a model. An elastic or plastic depinning is observed, hysteresis is measured in the case of elastic depinning, while chaos is detected for plastic depinning.