Penetrações abruptas em filmes não seriam tão intrigantes se não fossem as espetaculares imagens do formato dendrítico do perfil do campo magnético penetrado, as quais são reveladas com nitidez por MOI. Por ter uma resolução espacial adequada e permitir obter imagens em tempo real [89], a técnica MOI permitiu desvendar os detalhes das avalanches de vórtices em filmes, cuja morfologia dificilmente seria conhecida sem uma visualização eficiente. A Figura 11 mostra um painel com exemplos de avalanches dendríticas observadas em diversos filmes, os quais estão relacionados na legenda da figura. As imagens (a) e (b) mostram avalanches num filme de Nb [22] nas temperaturas de 5.97 K e 3.3 K, respectivamente, no estado remanente após um FC na presença de 135 Oe. A estrutura dendrítica varia de grandes ramificações a segmentos quase unidimensionais, dependendo da temperatura em que o filme se encontra. Na imagem (a) o fluxo penetra de forma análoga à prevista por um modelo de estado crítico próximo da borda, mas na região onde ocorre a ramificação o perfil de campo é severamente desfigurado. Em temperaturas menores, imagem (b), os dendritos são estreitos, porém, ocupam toda a borda da amostra, destoando consideravelmente da descrição convencional. Este mesmo comportamento é observado em outro filme de Nb após um ZFC [79] (imagem d), MgB2 [24] (imagem g), Nb3Sn
[82] (imagem i) e NbN [83] (imagem c), sendo que o último apresenta uma penetração pouco suave na borda. Em YNi2B2C [84] (imagem e) instabilidades desta natureza foram
observadas apenas diminuindo o campo magnético e em YBCO [23] (imagem f) somente após submeter a amostra a um pulso a laser. A imagem (h) mostra o estado remanente de um filme de MgB2 após ter sido submetido a 350 Oe à temperatura de 4 K. O caminho
percolativo do êxodo de fluxo, representado pelas regiões escuras, possui a mesma morfologia da observada na invasão, regiões claras, no entanto, não segue exatamente a mesma trilha, mas desenvolve o seu próprio caminho de saída.
Figura 11. Avalanches de vórtices em filmes supercondutores. (a) Nb com 500 nm de espessura e área de 3
x 8 mm2 depositado em substrato de safira, estado remanente após um FC com campo de 135 Oe a 5.37 K, e (b) mesmo que (a), porém com T = 3.30 K no mesmo campo [22]. (c) NbN com 300 nm de espessura e área de 3 x 10 mm2 depositado em substrato de safira, primeira avalanche após um ZFC [83]. (d) Nb com espessura 500 nm e área de 9 x 1.8 mm2 depositado em substrato de safira, submetido a 400 Oe e 4.7 K, após um FC [79]. (e) YNi2B2C com 700 nm de espessura e área de 5 x 5 mm2 depositado em substrato de
MgO, avalanche observada a 4 K ao diminuir o campo após a aplicação de 1 kOe [84]. (f) YBCO com espessura de 300 nm e área de 1 x 1 cm2 depositado em substrato de LaAlO3, a avalanche foi disparada por
meio de um aquecimento localizado no ponto indicado pela seta, através de um pulso a laser com a amostra submetida a um campo de 600 Oe a 1.8 K [23]. (g) MgB2 com espessura de 400 nm e área de 5 x 5
mm2 depositado em substrato de safira, submetido a 170 Oe e 9.9 K, e (h) MgB2 estado remanente após
submeter o filme a 350 Oe a 4 K [24]. (i) Nb3Sn com espessura de 100 nm depositado em substrato de
Uma vez formada a ramificação dendrítica, a estrutura como um todo permanece congelada. Porém, quando o campo é aumentado novos dendritos aparecem com características semelhantes, mas diferentes nos detalhes, e não acompanham os caminhos de fluxo criados pelos dendritos já existentes, mas criam seus próprios percursos. Isto mostra explicitamente que o fenômeno não é devido a rompimento de weak links e que o percurso desenvolvido pelos dendritos não é ditado por defeitos contidos na amostra. Uma evidência adicional é o fato de o fenômeno ser estocástico, como exemplifica a Figura 12, que reproduz em (a) imagens capturadas num filme de MgB2 em experimentos repetidos
três vezes de forma idêntica [90], representadas por diferentes cores. A imagem em (b) é obtida pela composição das três imagens apresentadas em (a). A região com tons de cinza representa penetrações de fluxo que se reproduziram nos três experimentos, todavia, as penetrações que não foram reprodutíveis ou se repetiram parcialmente são destacadas pelas suas respectivas cores ou composições de cores.
O termo dendrito tem origem na palavra grega para se referir a árvores e é utilizado na ciência em diversos contextos, como: a projeção de um ramo de neurônios, penetração de água no solo, relâmpagos, etc. Especificamente nas avalanches de fluxo em filmes supercondutores, dendritos se referem aos flux jumps e fo a de galhos ou a ustos , se elha tes aos da Figura 11. Entretanto, um observador atento perceberá que ao longo da borda da amostra se desenvolvem penetrações que também se pode atribuir
Figura 12. (a) Medidas da penetração do fluxo magnético num filme supercondutor de MgB2 repetidas três
vezes de forma idêntica (b) Imagem obtida pela adição das três acima. Na imagem resultante os tons em cinza indicam regiões cujas penetrações ocorreram de forma semelhante e as regiões coloridas mostram
uma morfologia dendrítica, porém, num arranjo mais uniforme, como ocorre na borda da amostra na Figura 11 (g). Neste caso, não se trata de avalanche, mas penetrações suaves do fluxo no material. Desta forma, quando mencionamos dendritos estamos nos referindo àqueles que correspondem a penetrações abruptas de fluxo magnético no interior de filmes supercondutores, que ocorrem muito rapidamente, com velocidade média da ordem de 104 m/s, conforme medido por Leiderer et al. [23] em avalanches disparadas por pulso a laser em filmes de YBCO.
Uma análise mais detalhada na microestrutura dos dendritos está mostrada na Figura 13 com imagens obtidas usando Bitter Decoration em uma amostra de Nb [22]. A imagem à esquerda mostra uma estrutura dentrítica onde se observa uma largura típica de 20 – 30 μm. Estudos feitos em MgB2 [24] mostraram que, a altas densidades de fluxo, os dendritos
têm uma região central com dimensões similares à dos observados em Nb, região esta que é envolvida por um gradiente de fluxo, e uma região periférica resultando numa largura total do dendrito de até 100 μm. A Figura 13 central mostra uma amplificação em 10 vezes de um setor do interior do dendrito (esquerda), mostrando que este é constituído de vórtices. A imagem à direita mostra uma ampliação da região indicada na figura central, onde se pode observar que vórtices contidos nos dendritos formam um arranjo desordenado de curto alcance.
Figura 13. Esquerda: ramificação dendrítica de fluxo obtida através da técnica Bitter Decoration, a barra de
escala representa 100 μm. Central: a imagem mostra uma região no interior do dendrito, onde a barra de escala representa 10 μm. Direita: os pontos claros na imagem representam vórtices que constituem a