Impacto da forma de defeitos padronizados e direção do campo magnético em diodos supercondutores

Abstract

Investigamos o Efeito Diodo Supercondutor (SDE) em dispositivos com defeitos padronizados por meio de duas análises complementares. A primeira análise concentrou-se na influência do campo magnético perpendicular ao plano (Hz), revelando uma forte dependência do SDE com a geometria dos defeitos. Identificamos dois mecanismos principais que governam a corrente crítica (Ic) nesses dispositivos: a coexistência da aglomeração de corrente (current crowding) e da corrente de blindagem de Meissner para campos magnéticos inferiores a Hstop, e o aprisionamento de fluxo no volume (bulk pinning) para campos superiores a Hstop. A segunda análise investigou a dependência angular da eficiência do SDE (). Verificamos que a eficiência do SDE é fortemente influenciada tanto pelo campo magnético no plano (Hin) quanto pela geometria dos defeitos padronizados. Em particular, a eficiência do SDE atinge seu valor máximo quando Hin está orientado perpendicularmente à corrente aplicada. Esse comportamento é explicado pela interação entre a corrente de blindagem de Meissner induzida pelo campo magnético no plano e a aglomeração de corrente. Nossos resultados demonstram a versatilidade desses diodos supercondutores, cujo desempenho pode ser controlado por Hin, Hz ou pela aplicação simultânea de ambos os campos. Além de fornecer uma compreensão abrangente do SDE na presença de um campo magnético no plano, esses resultados abrem novas perspectivas para futuras pesquisas sobre diodos supercondutores. Palavras-chave: supercondutividade; efeito diodo; dispositivos

We investigated the Superconducting Diode Effect (SDE) in devices with patterned defects through two complementary analyses. The first analysis focused on the out- of-plane magnetic field (Hz), revealing a strong dependence of the SDE on the defect geometry. We identified two primary mechanisms governing the critical current (Ic) in these devices: the coexistence of current crowding and the Meissner screening current for magnetic fields below Hstop, and bulk pinning for fields above Hstop. The second analysis examined the angular dependence of the SDE efficiency (). We found that the SDE efficiency is strongly influenced by both the in-plane magnetic field (Hin) and the geometry of the patterned defects. Specifically, the SDE efficiency reaches its maximum when Hin is oriented perpendicular to the applied current. This behavior is explained by the interplay between the Meissner screening current induced by the in-plane magnetic field and current crowding. Our results demonstrate the versatility of these superconducting diodes, whose performance can be tuned by Hin, Hz, or the combined application of both fields. Beyond providing a comprehensive understanding of the in-plane SDE, these findings open new avenues for future research on superconducting diodes. Keywords: superconductivity; superconducting diode effect; patterned devices