Фульда-Феррелл-Ларкин-Овчинников ( FFLO ) фазы (также иногда называют фазу Ларкина-Овчинников-Фульде-Ферреллы или ЛОФФ ) [1] могут возникнуть в сверхпроводнике в большом магнитном поле. Среди его характеристик - куперовские пары с ненулевым полным импульсом и пространственно неоднородным параметром порядка , ведущим к нормальным проводящим областям в сверхпроводнике.
История
Две независимые публикации в 1964 году, одна Питера Фульде и Ричарда А. Феррелла [2], а другая Анатолия Ларкина и Юрия Овчинникова [3] [4], теоретически предсказали появление нового состояния в определенном режиме сверхпроводников при низких температурах и температурах. в сильных магнитных полях. Это особое сверхпроводящее состояние в настоящее время известно как состояние Фульде – Феррелла – Ларкина – Овчинникова, сокращенно состояние FFLO (также состояние LOFF). С тех пор экспериментальные наблюдения состояния FFLO проводились в различных классах сверхпроводящих материалов, сначала в тонких пленках, а затем в экзотических сверхпроводниках, таких как сверхпроводники с тяжелыми фермионами [5] и органические [6] . Хорошее доказательство существования состояния FFLO было найдено в органических сверхпроводниках с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР) [7] [8] [9] и теплоемкости. [10] [11] [12] В последние годы концепция состояния FFLO была подхвачена в области атомной физики и экспериментов по обнаружению состояния FFLO в атомных ансамблях в оптических решетках. [13] [14]
Теория
Если сверхпроводник БКШ с основным состоянием, состоящим из синглетов куперовских пар (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 единицу. спин синглета и разрыв куперовской пары, тем самым разрушая сверхпроводимость (парамагнитный разрыв или разрыв пары Паули). Если вместо этого рассматривать нормальное металлическое состояние при одном и том же конечном магнитном поле, то зеемановская энергия приводит к разным поверхностям Ферми для электронов со спином вверх и вниз, что может привести к сверхпроводящему спариванию, при котором синглеты куперовских пар образуются с конечным импульс центра масс q , соответствующий смещению двух поверхностей Ферми. Ненулевой импульс спаривания приводит к пространственно-модулированному параметру порядка с волновым вектором q . [6]
Эксперимент
Для появления фазы FFLO требуется, чтобы парамагнитное разрушение пар Паули было релевантным механизмом для подавления сверхпроводимости ( предельное поле Паули , также предел Чандрасекара-Клогстона ). В частности, разрыв орбитальной пары (когда вихри, индуцированные магнитным полем, перекрываются в пространстве) должен быть слабее, что не имеет места для большинства обычных сверхпроводников. С другой стороны, некоторые необычные сверхпроводники могут способствовать разрыву пар Паули: материалы с большой эффективной массой электронов или слоистые материалы (с квазидвумерной электропроводностью). [5]
Сверхпроводники с тяжелыми фермионами
Сверхпроводимость с тяжелыми фермионами вызывается электронами с резко увеличенной эффективной массой ( тяжелые фермионы , а также тяжелые квазичастицы), что подавляет разрыв орбитальной пары. Кроме того, некоторые сверхпроводники с тяжелыми фермионами, такие как CeCoIn 5 , имеют слоистую кристаллическую структуру с отчасти двумерными электронными транспортными свойствами. [5] Действительно, в CeCoIn 5 есть термодинамические доказательства существования нетрадиционной низкотемпературной фазы в сверхпроводящем состоянии. [15] [16] Впоследствии эксперименты по дифракции нейтронов показали, что эта фаза также демонстрирует несоразмерный антиферромагнитный порядок [17] и что явления сверхпроводящего и магнитного упорядочения связаны друг с другом. [18]
Органические сверхпроводники
Большинство органических сверхпроводников сильно анизотропны, в частности, есть соли с переносом заряда на основе молекулы BEDT-TTF (или ET, «бисэтилендитиотетратиофульвален») или BEDT-TSF (или BETS, «бисэтилэндитиотетраселенафульвален»), которые имеют высокую двумерность. В одной плоскости электрическая проводимость высока по сравнению с направлением, перпендикулярным плоскости. При приложении больших магнитных полей точно параллельно проводящим плоскостям глубина проникновения [19] [20] [21] демонстрирует, а удельная теплоемкость подтверждает [22] [ необходима цитата ] существование состояния FFLO. Этот вывод был подтвержден данными ЯМР, которые доказали существование неоднородного сверхпроводящего состояния, наиболее вероятно, состояния FFLO. [23]
Рекомендации
- ^ Casalbuoni, Роберто; Нардулли, Джузеппе (26 февраля 2004 г.). «Неоднородная сверхпроводимость в конденсированных средах и КХД». Ред. Мод. Phys . 76 : 263–320. arXiv : hep-ph / 0305069 . DOI : 10.1103 / RevModPhys.76.263 . S2CID 119472323 .
- ^ Фульде, 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 . ОСТИ 5017462 .
- ^ Ларкин, AI; Овчинников, Ю.Н. (1964). Ж. Эксп. Теор. Физ . 47 : 1136. Отсутствует или пусто
|title=
( справка ) - ^ Ларкин, AI; Овчинников, Ю.Н. (1965). «Неоднородное состояние сверхпроводников». Сов. Phys. ЖЭТФ . 20 : 762.
- ^ а б в Мацуда, Юдзи; Симахара, Хироши (2007). "Состояние Фульде-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 .
- ^ а б Х. Шимахара: Теория состояния Фульде-Феррелла-Ларкина-Овчинникова и приложение к квазималоразмерным органическим сверхпроводникам, в: Лебед А.Г. (ред.): Физика органических сверхпроводников и проводников, Springer, Berlin ( 2008 г.).
- ^ Райт, JA; Green, E .; Kuhns, P .; Reyes, A .; Brooks, J .; Schlueter, J .; Kato, R .; Yamamoto, H .; Кобаяши, М .; Браун, ЮВ (16 августа 2011 г.). "Управляемый Зееманом фазовый переход в сверхпроводящем состоянии κ - ( КРОВАТЬ - 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 . Дои : 10,1103 / PhysRevLett.107.087002 . PMID 21929196 .
- ^ Mayaffre, H .; Krämer, S .; Хорватич, М .; Berthier, C .; Miyagawa, K .; Канода, К .; Митрович, В.Ф. (26.10.2014). "Свидетельства наличия андреевских связанных состояний как отличительная черта фазы FFLO в". Nature Physics . 10 (12): 928–932. ArXiv : 1409.0786 . Bibcode : 2014NatPh..10..928M . Doi : 10.1038 / nphys3121 . S2CID 118641407 .
- ^ Koutroulakis, G .; Kühne, H .; Schlueter, JA; Wosnitza, J .; Браун, SE (12 февраля 2016 г.). "Микроскопическое исследование состояния Фульде-Феррелла-Ларкина-Овчинникова в полностью органическом сверхпроводнике". Письма с физическим обзором . 116 (6): 067003. arXiv : 1511.03758 . Bibcode : 2016PhRvL.116f7003K . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.116.067003 . PMID 26919012 . S2CID 24383751 .
- ^ Lortz, R .; Wang, Y .; Demuer, A .; Бёттгер, PHM; Bergk, B .; Zwicknagl, G .; Nakazawa, Y .; Wosnitza, J. (2007-10-30). Калориметрические доказательства сверхпроводящего состояния Фульде-Феррелла-Ларкина-Овчинникова в слоистом органическом сверхпроводнике». Physical Review Letters . 99 (18): 187002. Arxiv : 0706,3584 . Bibcode : 2007PhRvL..99r7002L . Дои : 10,1103 / PhysRevLett.99.187002 . PMID 17995428 . S2CID 18387354 .
- ^ Beyer, R .; Bergk, B .; Ясин, С .; Schlueter, JA; Wosnitza, J. (2012-07-11). "Угловая эволюция состояния Фульде-Феррелла-Ларкина-Овчинникова в органическом сверхпроводнике" . Письма с физическим обзором . 109 (2): 027003. Bibcode : 2012PhRvL.109b7003B . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.109.027003 . PMID 23030197 .
- ^ Agosta, CC; Fortune, NA; Hannash, ST; Gu, S .; Liang, L .; Park, J.-H .; Шлютер, Дж. А. (28 июня 2017 г.). «Калориметрические измерения индуцированной магнитным полем неоднородной сверхпроводимости выше парамагнитного предела». Письма с физическим обзором . 118 (26): 267001. arXiv : 1602.06496 . Bibcode : 2017PhRvL.118z7001A . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.118.267001 . PMID 28707943 . S2CID 23554914 .
- ^ Zwierlein, Martin W .; Широтцек, Андре; Schunck, Christian H .; Кеттерле, Вольфганг (2006). «Фермионная сверхтекучесть с несбалансированными спиновыми популяциями». Наука . 311 (5760): 492–496. arXiv : cond-mat / 0511197 . Bibcode : 2006Sci ... 311..492Z . DOI : 10.1126 / science.1122318 . PMID 16373535 . S2CID 13801977 .
- ^ Liao, YA; Риттнер, ASC; Paprotta, T .; Li, W .; Куропатка, ГБ; Hulet, RG; Баур, СК; Мюллер, EJ (2010). «Спиновый дисбаланс в одномерном ферми-газе». Природа . 467 (7315): 567–9. arXiv : 0912.0092 . Bibcode : 2010Natur.467..567L . DOI : 10,1038 / природа09393 . PMID 20882011 . S2CID 4397457 .
- ^ Радован, HA; Fortune, NA; Мерфи, Т.П .; Hannahs, ST; Palm, EC; Тозер, SW; Холл, Д. (2003). «Магнитное усиление сверхпроводимости из электронных спиновых доменов». Природа . 425 (6953): 51–55. DOI : 10,1038 / природа01842 . PMID 12955136 . S2CID 4422876 .
- ^ Bianchi, A .; Мовшович, Р .; Capan, C .; Pagliuso, PG; Саррао, JL (2003). «Возможное состояние Фульде-Феррелла-Ларкина-Овчинникова в CeCoIn 5 » . Phys. Rev. Lett . 91 (18): 187004. arXiv : cond-mat / 0304420 . Bibcode : 2003PhRvL..91r7004B . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.91.187004 . PMID 14611309 . S2CID 25005211 .
- ^ Kenzelmann, M .; Strässle, Th; Niedermayer, C .; Sigrist, M .; Padmanabhan, B .; Zolliker, M .; Bianchi, AD; Мовшович, Р .; Бауэр, Э.Д. (19 сентября 2008 г.). «Связанный сверхпроводящий и магнитный порядок в CeCoIn5». Наука . 321 (5896): 1652–1654. Bibcode : 2008Sci ... 321.1652K . DOI : 10.1126 / science.1161818 . ISSN 0036-8075 . ОСТИ 960586 . PMID 18719250 . S2CID 40014478 .
- ^ Kumagai, K .; Shishido, H .; Shibauchi, T .; Мацуда, Ю. (30 марта 2011 г.). «Эволюция парамагнитных квазичастичных возбуждений, возникающих в высокополевой сверхпроводящей фазе». Physical Review Letters . 106 (13): 137004. Arxiv : 1103,1440 . Bibcode : 2011PhRvL.106m7004K . Дои : 10,1103 / PhysRevLett.106.137004 . PMID 21517416 . S2CID 13870107 .
- ^ Чо, К .; Смит, BE; Конильо, Вашингтон; Winter, LE; Agosta, CC; Шлютер, Дж. (2009). «Верхнее критическое поле в органическом сверхпроводнике β ″ - (ET) 2SF5CH2CF2SO3: возможность состояния Фульде-Феррелла-Ларкина-Овчинникова». Physical Review B . 79 (22). arXiv : 0811.3647 . DOI : 10.1103 / PhysRevB.79.220507 . S2CID 119192749 .
- ^ Конильо, Вашингтон; Winter, LE; Чо, К .; Agosta, CC; Fravel, B .; Монтгомери, LK (2011). «Сверхпроводящая фазовая диаграмма и сигнатура FFLO в Λ- (BETS) 2gacl4 из измерений глубины проникновения Rf» . Physical Review B . 83 (22): 224507. DOI : 10,1103 / PhysRevB.83.224507 .
- ^ Agosta, CC; Jin, J .; Конильо, Вашингтон; Смит, BE; Чо, К .; Stroe, I .; Martin, C .; Тозер, SW; Мерфи, Т.П .; Palm, EC; Schlueter, JA; Курмоо, М. (2012). «Экспериментальный и полуэмпирический метод определения поля, ограничивающего Паули, в квазидвумерных сверхпроводниках применительно к κ- (BEDT-TTF) 2Cu (NCS) 2: убедительное свидетельство состояния FFLO» . Physical Review B . 85 (21): 214514. DOI : 10,1103 / PhysRevB.85.214514 .
- ^ Agosta, CC; Fortune, NA; Hannahs, ST; Гу, Шуяо; Лян, Люси; Park, J.-H .; Шлютер, Дж. А. (2017). «Экспериментальный и полуэмпирический метод определения поля, ограничивающего Паули, в квазидвумерных сверхпроводниках применительно к κ- (BEDT-TTF) 2Cu (NCS) 2: веские доказательства состояния FFLO» . Письма с физическим обзором . 118 (26): 267001. DOI : 10,1103 / PhysRevLett.118.267001 . PMID 28707943 .
- ^ Mayaffre, H .; Krämer, S .; Хорватич, М .; Berthier, C .; Miyagawa, K .; Канода, К .; Митрович, В. (2014). «Доказательства наличия андреевских связанных состояний как отличительного признака фазы FFLO в κ- (BEDT-TTF) 2Cu (NCS) 2» . Физика природы . 10 (12): 928–932. DOI : 10.1038 / nphys3121 .