Фаза Фульде – Феррелла – Ларкина – Овчинникова. - Fulde–Ferrell–Larkin–Ovchinnikov phase

В Фульде – Феррелл – Ларкин – Овчинников (FFLO) фаза (также иногда называемый Фаза Ларкина – Овчинникова – Фульде – Феррелла., или же ЛОФФ)[1] может возникнуть в сверхпроводник в большом магнитном поле. Среди его характеристик: Куперовские пары с ненулевым полным импульсом и пространственно неоднородной параметр порядка, что приводит к нормальным проводящим областям в сверхпроводнике.

История

Два независимых издания в 1964 г. Питер Фульде и Ричард А. Феррелл [2]а другой Анатолий Ларкин и Юрий Овчинников,[3][4]теоретически предсказал появление нового состояния в определенном режиме сверхпроводников при низких температурах и в сильных магнитных полях. Это конкретное 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 пленки, а затем и экзотические сверхпроводники, такие как тяжелый фермион [5] и органический [6] сверхпроводники. Хорошие доказательства существования состояния FFLO были обнаружены в органических сверхпроводниках с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР). [7][8][9] и теплоемкость.[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 БКС сверхпроводник 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 Zeeman энергия достаточно сильна, чтобы перевернуть один спин синглета и разорвать куперовскую пару, тем самым разрушив сверхпроводимость (парамагнитный разрыв или разрыв пары Паули). Если вместо этого рассматривать нормальное металлическое состояние при том же конечном магнитном поле, то зеемановская энергия приводит к разным Поверхности Ферми для электронов со спином вверх и вниз, что может привести к сверхпроводящему спариванию, когда синглеты куперовских пар образуются с конечным импульсом 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 необходимо, чтобы Парамагнитное разрушение пар Паули - соответствующий механизм подавления сверхпроводимости (Предельное поле Паули, также Предел Чандрасекара-Клогстона ). В частности, разрыв орбитальной пары (когда вихри индуцированное перекрытием магнитных полей в пространстве) должно быть слабее, чего нет в большинстве обычных сверхпроводников. Определенно необычный сверхпроводники, с другой стороны, может способствовать разрыву пары Паули: материалы с большими эффективная масса электрона или слоистые материалы (с квазидвумерной электропроводностью).[5]

Сверхпроводники с тяжелыми фермионами

Сверхпроводимость с тяжелыми фермионами вызвано электронами с резко увеличенной эффективной массой ( тяжелые фермионы, также тяжелые квазичастицы), что подавляет разрыв орбитальной пары. Кроме того, некоторые сверхпроводники с тяжелыми фермионами, такие как CeCoIn5, имеют слоистую кристаллическую структуру с несколько двумерными электронными транспортными свойствами.[5] Действительно, в CeCoIn5 есть термодинамические доказательства существования нетрадиционной низкотемпературной фазы в сверхпроводящем состоянии.[15][16] Впоследствии нейтронографические эксперименты показали, что эта фаза также демонстрирует несоразмерный антиферромагнитный порядок.[17] и что явления сверхпроводимости и магнитного упорядочения связаны друг с другом.[18]

Органические сверхпроводники

Большинство органических сверхпроводников сильно анизотропны, в частности, есть передача заряда соли на основе молекулы BEDT-TTF (или ЕТ, «бисэтилендитиотетратиофульвален») или BEDT-TSF (или BETS, «бисэтилендитиотетраселенафульвален»), которые являются в высокой степени двумерными. 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 и удельная теплоемкость подтверждает[22][нужна цитата ] наличие состояния FFLO. Этот вывод был подтвержден ЯМР данные, доказавшие существование неоднородного сверхпроводящего состояния, наиболее вероятно, состояния FFLO.[23]

Рекомендации

  1. ^ Казальбуони, Роберто; Нардулли, Джузеппе (26 февраля 2004 г.). «Неоднородная сверхпроводимость в конденсированных средах и КХД». Ред. Мод. Phys. 76: 263–320. arXiv:hep-ph / 0305069. Дои:10.1103 / RevModPhys.76.263. S2CID  119472323.
  2. ^ Фульде, Питер; Феррелл, Ричард А. (1964). «Сверхпроводимость в сильном спин-обменном поле». Phys. Rev. 135 (3A): A550 – A563. Bibcode:1964ПхРв..135..550Ф. Дои:10.1103 / PhysRev.135.A550. OSTI  5017462.
  3. ^ Ларкин, А.И .; Овчинников, Ю.Н. (1964). Ж. Эксп. Теор. Физ. 47: 1136. Отсутствует или пусто | название = (помощь)
  4. ^ Ларкин, А.И .; Овчинников, Ю.Н. (1965). «Неоднородное состояние сверхпроводников». Сов. Phys. ЖЭТФ. 20: 762.
  5. ^ а б c 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. Дои:10.1143 / JPSJ.76.051005. S2CID  119429977.
  6. ^ а б Х. Шимахара: Теория состояния Фульде-Феррелла-Ларкина-Овчинникова и ее применение к квазималоразмерным органическим сверхпроводникам, в: Лебедь А.Г. (ред.): Физика органических сверхпроводников и проводников, Springer, Berlin (2008).
  7. ^ Wright, J. A .; Green, E .; Kuhns, P .; Reyes, A .; Brooks, J .; Schlueter, J .; Kato, R .; Yamamoto, H .; Кобаяси, М .; Браун, С. Э. (16 августа 2011 г.). "Управляемый Зееманом фазовый переход в сверхпроводящем состоянии ". Письма с физическими проверками. 107 (8): 087002. Bibcode:2011ПхРвЛ.107х7002В. Дои:10.1103 / PhysRevLett.107.087002. PMID  21929196.
  8. ^ Mayaffre, H .; Krämer, S .; Хорватич, М .; Berthier, C .; Miyagawa, K .; Канода, К .; Митрович, В. Ф. (2014-10-26). "Свидетельства наличия андреевских связанных состояний как отличительная черта фазы FFLO в ". Природа Физика. 10 (12): 928–932. arXiv:1409.0786. Bibcode:2014НатФ..10..928М. Дои:10.1038 / nphys3121. S2CID  118641407.
  9. ^ Koutroulakis, G .; Kühne, H .; Schlueter, J. A .; Wosnitza, J .; Браун, С. Э. (12 февраля 2016 г.). "Микроскопическое исследование состояния Фульде-Феррелла-Ларкина-Овчинникова в полностью органическом сверхпроводнике". Письма с физическими проверками. 116 (6): 067003. arXiv:1511.03758. Bibcode:2016ПхРвЛ.116ф7003К. Дои:10.1103 / PhysRevLett.116.067003. PMID  26919012. S2CID  24383751.
  10. ^ Lortz, R .; Wang, Y .; Demuer, A .; Böttger, P.H.M .; Bergk, B .; Zwicknagl, G .; Nakazawa, Y .; Wosnitza, J. (2007-10-30). "Калориметрические доказательства сверхпроводящего состояния Фульде-Феррелла-Ларкина-Овчинникова в слоистом органическом сверхпроводнике" ". Письма с физическими проверками. 99 (18): 187002. arXiv:0706.3584. Bibcode:2007PhRvL..99r7002L. Дои:10.1103 / PhysRevLett.99.187002. PMID  17995428. S2CID  18387354.
  11. ^ Beyer, R .; Bergk, B .; Ясин, С .; Schlueter, J. A .; Wosnitza, J. (2012-07-11). "Угловая эволюция состояния Фульде-Феррелла-Ларкина-Овчинникова в органическом сверхпроводнике". Письма с физическими проверками. 109 (2): 027003. Bibcode:2012PhRvL.109b7003B. Дои:10.1103 / PhysRevLett.109.027003. PMID  23030197.
  12. ^ Agosta, C.C .; Fortune, N.A .; Hannash, S.T .; Gu, S .; Liang, L .; Park, J.-H .; Шлютер, Дж. А. (28.06.2017). «Калориметрические измерения индуцированной магнитным полем неоднородной сверхпроводимости выше парамагнитного предела». Письма с физическими проверками. 118 (26): 267001. arXiv:1602.06496. Bibcode:2017PhRvL.118z7001A. Дои:10.1103 / PhysRevLett.118.267001. PMID  28707943. S2CID  23554914.
  13. ^ 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:2006Научный ... 311..492Z. Дои:10.1126 / science.1122318. PMID  16373535. S2CID  13801977.
  14. ^ Liao, Y. A .; Rittner, A.S.C .; Paprotta, T .; Li, W .; Куропатка, Г. Б .; Hulet, R.G .; Baur, S.K .; Мюллер, Э. Дж. (2010). «Спиновый дисбаланс в одномерном ферми-газе». Природа. 467 (7315): 567–9. arXiv:0912.0092. Bibcode:2010 Натур.467..567L. Дои:10.1038 / природа09393. PMID  20882011. S2CID  4397457.
  15. ^ Radovan, H.A .; Fortune, N.A .; Murphy, T.P .; Hannahs, S.T .; Palm, E.C .; Tozer, S.W .; Холл, Д. (2003). «Магнитное усиление сверхпроводимости из электронных спиновых доменов». Природа. 425 (6953): 51–55. Дои:10.1038 / природа01842. PMID  12955136. S2CID  4422876.
  16. ^ Bianchi, A .; Мовшович, Р .; Capan, C .; Pagliuso, P.G .; Саррао, Дж. Л. (2003). "Возможное состояние Фульде-Феррелла-Ларкина-Овчинникова в CeCoIn5". Phys. Rev. Lett. 91 (18): 187004. arXiv:cond-mat / 0304420. Bibcode:2003ПхРвЛ..91р7004Б. Дои:10.1103 / PhysRevLett.91.187004. PMID  14611309. S2CID  25005211.
  17. ^ Kenzelmann, M .; Strässle, Th; Niedermayer, C .; Sigrist, M .; Padmanabhan, B .; Zolliker, M .; Bianchi, A.D .; Мовшович, Р .; Бауэр, Э. Д. (19 сентября 2008 г.). «Связанный сверхпроводящий и магнитный порядок в CeCoIn5». Наука. 321 (5896): 1652–1654. Bibcode:2008Научный ... 321.1652K. Дои:10.1126 / science.1161818. ISSN  0036-8075. OSTI  960586. PMID  18719250. S2CID  40014478.
  18. ^ Kumagai, K .; Shishido, H .; Shibauchi, T .; Мацуда, Ю. (30 марта 2011 г.). «Эволюция парамагнитных квазичастичных возбуждений, возникающих в высокополевой сверхпроводящей фазе ". Письма с физическими проверками. 106 (13): 137004. arXiv:1103.1440. Bibcode:2011ПхРвЛ.106м7004К. Дои:10.1103 / PhysRevLett.106.137004. PMID  21517416. S2CID  13870107.
  19. ^ Чо, К .; Smith, B.E .; Coniglio, W.A .; Winter, L.E .; Agosta, C.C .; Шлютер, Дж. (2009). «Верхнее критическое поле в органическом сверхпроводнике β ″ - (ET) 2SF5CH2CF2SO3: возможность состояния Фульде-Феррелла-Ларкина-Овчинникова». Физический обзор B. 79 (22). arXiv:0811.3647. Дои:10.1103 / PhysRevB.79.220507. S2CID  119192749.
  20. ^ Coniglio, W.A .; Winter, L.E .; Чо, К .; Agosta, C.C .; Fravel, B .; Монтгомери, Л. (2011). «Сверхпроводящая фазовая диаграмма и сигнатура FFLO в Λ- (BETS) 2gacl4 по результатам измерений глубины проникновения Rf». Физический обзор B. 83 (22): 224507. Дои:10.1103 / PhysRevB.83.224507.
  21. ^ Agosta, C.C .; Jin, J .; Coniglio, W.A .; Smith, B.E .; Чо, К .; Stroe, I .; Martin, C .; Tozer, S.W .; Мерфи, Т.П .; Palm, E.C .; Schlueter, J.A .; 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». Физический обзор B. 85 (21): 214514. Дои:10.1103 / PhysRevB.85.214514.
  22. ^ Agosta, C.C .; Fortune, N.A .; Hannahs, S.T .; Гу, Шуяо; Лян, Люси; Park, J.-H .; Schlueter, J.A. (2017). «Экспериментальный и полуэмпирический метод определения поля, ограничивающего Паули, в квазидвумерных сверхпроводниках применительно к κ- (BEDT-TTF) 2Cu (NCS) 2: убедительное свидетельство состояния FFLO». Письма с физическими проверками. 118 (26): 267001. Дои:10.1103 / PhysRevLett.118.267001. PMID  28707943.
  23. ^ Mayaffre, H .; Krämer, S .; Хорватич, М .; Berthier, C .; Miyagawa, K .; Канода, К .; Митрович, В. (2014). «Свидетельство наличия андреевских связанных состояний как отличительного признака фазы FFLO в κ- (BEDT-TTF) 2Cu (NCS) 2». Природа Физика. 10 (12): 928–932. Дои:10.1038 / nphys3121.