Vortex lines in layered superconductors. I. From 3D to 2D behaviour

D. Feinberg

doi:doi:10.1051/jp3:1994122

Numéro		J. Phys. III France Volume 4, Numéro 2, February 1994


Page(s)		169 - 208
DOI		https://doi.org/10.1051/jp3:1994122

DOI: 10.1051/jp3:1994122
J. Phys. III France 4 (1994) 169-208

Vortex lines in layered superconductors. I. From 3D to 2D behaviour

D. Feinberg

Laboratoire d'Etudes des Propriétés Electroniques des Solides, Centre National de la Recherche Scientifique, associé à l'Université Joseph Fourier, B.P. 166, 38042 Grenoble Cedex 9, France

(Received 25 January 1993, accepted 18 March 1993)

Abstract
The fundamental aspects of vortices in layered superconductors (natural or artificial multilayered materials) are reviewed, focusing on the role of anisotropy and very short coherence lengths. These materials divide into three classes, with increasing $T_{\rm c}$ 's : chalcogenides, organic superconductors and high- $T_{\rm c}$ copper oxides. The first part of the paper summarizes the quantitative features of the vortex lattice, due to the incorporation of anisotropy in the 3D Ginzburg-Landau or London descriptions : anisotropy of critical fields and vortex lattice, elastic coefficients and melting. This kind of model describes most of the properties of moderately anisotropic compounds as Y : 123. The second part concerns the Josephson-coupled layered systems and identifies in which regimes vortices exhibit a quasi-2D character. Qualitatively new features as Josephson vortices, 2D vortices, Kosterlitz-Thouless transition and lock-in of vortices are reviewed. This analysis is adapted to compounds as Bi : 2212 or multilayers, but also to Y : 123 for some aspects.

Résumé
On passe en revue les aspects fondamentaux des vortex dans les supraconducteurs lamellaires (naturels ou superréseaux artificiels), en mettant l'accent sur le rôle de l'anisotropie et des très courtes longueurs de cohérence. Ces composés se divisent en trois classes, de $T_{\rm c}$ croissants : chalcogénures, supraconducteurs organiques et oxydes de cuivre à haut $T_{\rm c}$ . La première partie de l'article résume les aspects quantitatifs dus à l'incorporation de l'anisotropie dans les descriptions 3D Ginzburg-Landau ou London du réseau de vortex.: anisotropie des champs critiques et du réseau de vortex, coefficients élastiques et fusion. Ce type de modèle décrit une grande partie des propriétés des composés modérément anisotropes tels que Y : 123. La seconde partie concerne les systèmes lamellaires à couplage Josephson et identifie dans quels régimes les vortex présentent un caractère quasi-2D. Des effets qualitativement nouveaux comme les vortex Josephson, les vortex 2D, la transition de Kosterlitz-Thouless et le lock-in des vortex sont passés en revue. Cette analyse est adaptée aux composés du type Bi : 2212 et aux superréseaux, mais aussi à Y : 123 pour certains aspects.