Фаза Фульде–Феррелла–Ларкина–Овчинникова.
Фаза вещества в сверхпроводниках

Фаза Фульде–Феррелла–Ларкина–Овчинникова ( ФФЛО ) (иногда называемая также фазой Ларкина–Овчинникова–Фульде–Феррелла , или ЛОФФ ) [1] может возникнуть в сверхпроводнике в больших магнитных полях . Среди ее характеристик — куперовские пары с ненулевым полным импульсом и пространственно неоднородным параметром порядка , что приводит к появлению нормально проводящих областей в системе.

История

Две независимые публикации в 1964 году, одна Питера Фулде и Ричарда А. Феррелла [2] , а другая Анатолия Ларкина и Юрия Овчинникова, [3] [4] теоретически предсказали новое состояние, появляющееся в определенном режиме сверхпроводников при низких температурах и в сильных магнитных полях. Это особое сверхпроводящее состояние в настоящее время известно как состояние Фулде–Феррелла–Ларкина–Овчинникова, сокращенно состояние FFLO (также состояние LOFF). С тех пор экспериментальные наблюдения состояния FFLO искали в различных классах сверхпроводящих материалов, сначала в тонких пленках, а затем в более экзотических сверхпроводниках, таких как сверхпроводники с тяжелыми фермионами [5] и органические [6] . Хорошие доказательства существования состояния FFLO были найдены в органических сверхпроводниках с использованием ядерного магнитного резонанса (ЯМР) [7] [8] [9] и исследований теплоемкости . [10] [11] [12] В последние годы концепция состояния FFLO использовалась в области атомной физики и экспериментов для обнаружения состояния в атомных ансамблях в оптических решетках . [13] [14] Более того, существуют индикаторы существования фазы FFLO в двухкомпонентных ферми-газах, заключенных в гармоническом потенциале. Эти сигнатуры не подавляются ни разделением фаз , ни образованием вихревой решетки . [15]

Теория

Если сверхпроводник БКШ с основным состоянием, состоящим из синглетов куперовской пары (и импульсом центра масс q = 0), подвергается воздействию приложенного магнитного поля, то спиновая структура не изменяется до тех пор, пока энергия Зеемана не станет достаточно сильной, чтобы перевернуть один спин синглета и разорвать куперовскую пару, тем самым разрушая сверхпроводимость (парамагнитное или разрыв пары Паули). Если вместо этого рассматривать нормальное металлическое состояние в том же конечном магнитном поле, то энергия Зеемана приводит к различным поверхностям Ферми для электронов со спином вверх и спином вниз, что может привести к сверхпроводящему спариванию, где синглеты куперовской пары образуются с конечным импульсом центра масс q , соответствующим смещению двух поверхностей Ферми. Неисчезающий импульс спаривания приводит к пространственно модулированному параметру порядка с волновым вектором q . [6]

Эксперимент

Для появления фазы FFLO требуется, чтобы парамагнитное разрывание пар Паули было соответствующим механизмом для подавления сверхпроводимости (предельное поле Паули, также предел Чандрасекара-Клогстона). В частности, разрыв орбитальных пар (когда вихри, индуцированные магнитным полем, перекрываются в пространстве) должен быть слабее, что не относится к большинству обычных сверхпроводников. С другой стороны, некоторые необычные сверхпроводники могут способствовать разрыву пар Паули: материалы с большой эффективной электронной массой или слоистые материалы (с квазидвумерной электропроводностью). [5]

Сверхпроводники с тяжелыми фермионами

Сверхпроводимость с тяжелыми фермионами обусловлена ​​электронами с радикально увеличенной эффективной массой ( тяжелые фермионы , также тяжелые квазичастицы), что подавляет разрыв орбитальных пар. Кроме того, некоторые сверхпроводники с тяжелыми фермионами, такие как CeCoIn 5 , имеют слоистую кристаллическую структуру с несколько двумерными электронными транспортными свойствами. [5] Действительно, в CeCoIn 5 есть термодинамические доказательства существования нетрадиционной низкотемпературной фазы в сверхпроводящем состоянии. [16] [17] Впоследствии эксперименты по дифракции нейтронов показали, что эта фаза также демонстрирует несоизмеримый антиферромагнитный порядок [18] и что явления сверхпроводимости и магнитного упорядочения связаны друг с другом. [19]

Органические сверхпроводники

Большинство органических сверхпроводников являются сильно анизотропными, в частности, существуют соли с переносом заряда на основе молекулы BEDT-TTF (или ET, «бисэтилендитиотетратиофульвален») или BEDT-TSF (или BETS, «бисэтилендитиотетраселенафульвален»), которые являются высоко двумерными. В одной плоскости электропроводность высока по сравнению с направлением, перпендикулярным плоскости. При приложении больших магнитных полей, точно параллельных проводящим плоскостям, глубина проникновения [20] [21] [22] демонстрирует, а удельная теплоемкость подтверждает [23] [ требуется цитата ] существование состояния FFLO. Это открытие было подтверждено данными ЯМР, которые доказали существование неоднородного сверхпроводящего состояния, наиболее вероятно, состояния FFLO. [24]

Ссылки

  1. ^ Casalbuoni, Roberto; Nardulli, Giuseppe (26 февраля 2004 г.). "Неоднородная сверхпроводимость в конденсированном веществе и КХД". Rev. Mod. Phys . 76 (1): 263– 320. arXiv : hep-ph/0305069 . Bibcode :2004RvMP...76..263C. doi :10.1103/RevModPhys.76.263. S2CID  119472323.
  2. ^ Фулде, Питер; Феррелл, Ричард А. (1964). «Сверхпроводимость в сильном спин-обменном поле». Phys. Rev. 135 ( 3A): A550 – A563 . Bibcode : 1964PhRv..135..550F. doi : 10.1103/PhysRev.135.A550. OSTI  5017462.
  3. ^ Ларкин, А.И.; Овчинников, Ю.Н. (1964). Ж. Эксп. Теор. Физ . 47 :1136. {{cite journal}}: Отсутствует или пусто |title=( помощь )
  4. ^ Ларкин, А.И.; Овчинников, Ю.Н. (1965). «Неоднородное состояние сверхпроводников». ЖЭТФ АН СССР . 20 : 762.
  5. ^ abc Мацуда, Юдзи; Шимахара, Хироши (2007). "Состояние Фулде-Феррелла-Ларкина-Овчинникова в сверхпроводниках с тяжелыми фермионами". J. Phys. Soc. Jpn . 76 (5): 051005. arXiv : cond-mat/0702481 . Bibcode : 2007JPSJ...76e1005M. doi : 10.1143/JPSJ.76.051005. S2CID  119429977.
  6. ^ ab H. Shimahara: Теория состояния Фулде-Феррелла-Ларкина-Овчинникова и ее применение к квазинизкоразмерным органическим сверхпроводникам, в: AG Lebed (ред.): Физика органических сверхпроводников и проводников, Springer, Berlin (2008).
  7. ^ Райт, JA; Грин, E.; Кунс, P.; Рейес, A.; Брукс, J.; Шлютер, J.; Като, R.; Ямамото, H.; Кобаяши, M.; Браун, SE (2011-08-16). "Фазовый переход, управляемый Зееманом, в сверхпроводящем состоянии κ - ( BEDT - TTF ) 2 Cu ( NCS ) 2 {\displaystyle \kappa {\text{-}}\left({\text{BEDT}}{\text{-}}{\text{TTF}}\right)_{2}{\text{Cu}}\left({\text{NCS}}\right)_{2}} ". Physical Review Letters . 107 (8): 087002. Bibcode :2011PhRvL.107h7002W. doi : 10.1103/PhysRevLett.107.087002 . PMID  21929196.
  8. ^ Mayaffre, H.; Krämer, S.; Horvatić, M.; Berthier, C.; Miyagawa, K.; Kanoda, K.; Mitrović, VF (2014-10-26). "Доказательства связанных состояний Андреева как отличительной черты фазы FFLO в ". Nature Physics . 10 (12): 928–932 . arXiv : 1409.0786 . Bibcode : 2014NatPh..10..928M. doi : 10.1038/nphys3121. S2CID  118641407. к - ( БЕДТ - ТТФ ) 2 Cu ( НКС ) 2 {\displaystyle \kappa {\text{-}}\left({\text{BEDT}}{\text{-}}{\text{TTF}}\right)_{2}{\text{Cu}}\left({\text{NCS}}\right)_{2}}
  9. ^ Коутроулакис, Г.; Кюне, Х.; Шлютер, JA; Восница, Дж.; Браун, SE (2016-02-12). "Микроскопическое исследование состояния Фулде-Феррелла-Ларкина-Овчинникова в полностью органическом сверхпроводнике". Physical Review Letters . 116 (6): 067003. arXiv : 1511.03758 . Bibcode :2016PhRvL.116f7003K. doi :10.1103/PhysRevLett.116.067003. PMID  26919012. S2CID  24383751.
  10. ^ Лорц, Р.; Ван, Ю.; Демуер, А.; Беттгер, PHM; Бергк, Б.; Цвикнагль, Г .; Наказава, Ю.; Восница, Дж. (30 октября 2007 г.). «Калориметрические доказательства сверхпроводящего состояния Фульде-Феррелла-Ларкина-Овчинникова в слоистом органическом сверхпроводнике ». Письма о физических отзывах . 99 (18): 187002. arXiv : 0706.3584 . Бибкод : 2007PhRvL..99r7002L. doi : 10.1103/PhysRevLett.99.187002. PMID  17995428. S2CID  18387354. к - ( БЕДТ - ТТФ ) 2 Cu ( НКС ) 2 {\displaystyle \kappa {\text{-}}\left({\text{BEDT}}{\text{-}}{\text{TTF}}\right)_{2}{\text{Cu}}\left({\text{NCS}}\right)_{2}}
  11. ^ Бейер, Р.; Бергк, Б.; Ясин, С.; Шлютер, JA; Восница, Дж. (2012-07-11). "Зависящая от угла эволюция состояния Фулде-Феррелла-Ларкина-Овчинникова в органическом сверхпроводнике". Physical Review Letters . 109 (2): 027003. Bibcode :2012PhRvL.109b7003B. doi : 10.1103/PhysRevLett.109.027003 . PMID  23030197.
  12. ^ Agosta, CC; Fortune, NA; Hannash, ST; Gu, S.; Liang, L.; Park, J.-H.; Schlueter, JA (2017-06-28). "Калориметрические измерения индуцированной магнитным полем неоднородной сверхпроводимости выше парамагнитного предела". Physical Review Letters . 118 (26): 267001. arXiv : 1602.06496 . Bibcode : 2017PhRvL.118z7001A. doi : 10.1103/PhysRevLett.118.267001. PMID  28707943. S2CID  23554914.
  13. ^ Zwierlein, Martin W.; Schirotzek, André; Schunck, Christian H.; Ketterle, Wolfgang (2006). "Фермионная сверхтекучесть с несбалансированными спиновыми популяциями". Science . 311 (5760): 492– 496. arXiv : cond-mat/0511197 . Bibcode :2006Sci...311..492Z. doi :10.1126/science.1122318. PMID  16373535. S2CID  13801977.
  14. ^ Liao, YA; Rittner, ASC; Paprotta, T.; Li, W.; Partridge, GB; Hulet, RG; Baur, SK; Mueller, EJ (2010). "Спиновый дисбаланс в одномерном ферми-газе". Nature . 467 (7315): 567– 9. arXiv : 0912.0092 . Bibcode :2010Natur.467..567L. doi :10.1038/nature09393. PMID  20882011. S2CID  4397457.
  15. ^ Копычинский, Якуб; Пуделко, Войцех Р.; Влазловский, Габриэль (23 ноября 2021 г.). «Вихревая решетка в спин-несбалансированном унитарном ферми-газе». Физический обзор А. 104 (5): 053322. arXiv : 2109.00427 . Бибкод : 2021PhRvA.104e3322K. doi : 10.1103/PhysRevA.104.053322. S2CID  237372963.
  16. ^ Radovan, HA; Fortune, NA; Murphy, TP; Hannahs, ST; Palm, EC; Tozer, SW; Hall, D. (2003). «Магнитное усиление сверхпроводимости за счет электронных спиновых доменов». Nature . 425 (6953): 51– 55. Bibcode :2003Natur.425...51R. doi :10.1038/nature01842. PMID  12955136. S2CID  4422876.
  17. ^ Бьянки, А.; Мовшович Р.; Капан, К.; Пальюзо, PG; Саррао, JL (2003). «Возможное состояние Фульде-Феррелла-Ларкина-Овчинникова в CeCoIn5». Физ. Преподобный Летт . 91 (18): 187004. arXiv : cond-mat/0304420 . Бибкод : 2003PhRvL..91r7004B. doi : 10.1103/PhysRevLett.91.187004. PMID  14611309. S2CID  25005211.
  18. ^ Кензельманн, М.; Штрассле, Че; Нидермайер, К.; Сигрист, М.; Падманабхан, Б.; Золликер, М.; Бьянки, AD; Мовшович Р.; Бауэр, Эд (19 сентября 2008 г.). «Связанная сверхпроводимость и магнитный порядок в CeCoIn5». Наука . 321 (5896): 1652–1654 . Бибкод : 2008Sci...321.1652K. дои : 10.1126/science.1161818 . ISSN  0036-8075. OSTI  960586. PMID  18719250. S2CID  40014478.
  19. ^ Kumagai, K.; Shishido, H.; Shibauchi, T.; Matsuda, Y. (2011-03-30). "Эволюция парамагнитных квазичастичных возбуждений, возникших в сверхпроводящей фазе с высоким полем ". Physical Review Letters . 106 (13): 137004. arXiv : 1103.1440 . Bibcode : 2011PhRvL.106m7004K. doi : 10.1103/PhysRevLett.106.137004. PMID  21517416. S2CID  13870107. CeCoIn 5 {\displaystyle {\text{CeCoIn}}_{5}}
  20. ^ Чо, К.; Смит, BE; Конильо, WA; Винтер, LE; Агоста, CC; Шлютер, Дж. (2009). «Верхнее критическое поле в органическом сверхпроводнике β»−(ET)2SF5CH2CF2SO3: возможность состояния Фулде-Феррелла-Ларкина-Овчинникова». Physical Review B. 79 ( 22): 220507. arXiv : 0811.3647 . doi :10.1103/PhysRevB.79.220507. S2CID  119192749.
  21. ^ Coniglio, WA; Winter, LE; Cho, K.; Agosta, CC; Fravel, B.; Montgomery, LK (2011). "Сверхпроводящая фазовая диаграмма и сигнатура FFLO в Λ-(BETS)2gacl4 из измерений глубины проникновения Rf". Physical Review B. 83 ( 22): 224507. arXiv : 1003.6088 . Bibcode : 2011PhRvB..83v4507C. doi : 10.1103/PhysRevB.83.224507 .
  22. ^ Agosta, CC; Jin, J.; Coniglio, WA; Smith, BE; Cho, K.; Stroe, I.; Martin, C.; Tozer, SW; Murphy, TP; Palm, EC; Schlueter, JA; Kurmoo, M. (2012). "Экспериментальный и полуэмпирический метод определения поля ограничения Паули в квазидвумерных сверхпроводниках применительно к κ-(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2: сильное доказательство состояния FFLO". Physical Review B. 85 ( 21): 214514. arXiv : 1111.5025 . Bibcode : 2012PhRvB..85u4514A. doi : 10.1103/PhysRevB.85.214514 .
  23. ^ Agosta, CC; Fortune, NA; Hannahs, ST; Gu, Shuyao; Liang, Lucy; Park, J.-H.; Schlueter, JA (2017). «Экспериментальный и полуэмпирический метод определения поля ограничения Паули в квазидвумерных сверхпроводниках применительно к κ-(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2: сильное доказательство состояния FFLO». Physical Review Letters . 118 (26): 267001. arXiv : 1602.06496 . doi : 10.1103/PhysRevLett.118.267001 . PMID  28707943.
  24. ^ Mayaffre, H.; Krämer, S.; Horvatić, M.; Berthier, C.; Miyagawa, K.; Kanoda, K.; Mitrović, V. (2014). «Доказательства связанных состояний Андреева как признака фазы FFLO в κ-(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2». Nature Physics . 10 (12): 928– 932. arXiv : 1409.0786 . Bibcode :2014NatPh..10..928M. doi : 10.1038/nphys3121 .
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Фаза Фулде–Феррелла–Ларкина–Овчинникова&oldid=1273168238"