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Fase Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov

La fase Fulde–Ferrell–Larkin–Ovchinnikov ( FFLO ) (también llamada ocasionalmente fase Larkin–Ovchinnikov–Fulde–Ferrell o LOFF ) [1] puede surgir en un superconductor bajo grandes campos magnéticos . Entre sus características se encuentran los pares de Cooper con un momento total distinto de cero y un parámetro de orden espacialmente no uniforme , lo que conduce a áreas normalmente conductoras en el sistema.

Historia

Dos publicaciones independientes en 1964, una de Peter Fulde y Richard A. Ferrell [2] y la otra de Anatoly Larkin y Yuri Ovchinnikov, [3] [4] predijeron teóricamente un nuevo estado que aparece en un cierto régimen de superconductores a bajas temperaturas y en campos magnéticos altos. Este estado superconductor particular se conoce actualmente como el estado Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov, abreviado estado FFLO (también estado LOFF). Desde entonces, se han buscado observaciones experimentales del estado FFLO en diferentes clases de materiales superconductores, primero en películas delgadas y más tarde en superconductores más exóticos como los superconductores de fermiones pesados ​​[5] y orgánicos [6] . Se encontró buena evidencia de la existencia del estado FFLO en superconductores orgánicos utilizando resonancia magnética nuclear (RMN) [7] [8] [9] y estudios de capacidad térmica . [10] [11] [12] En los últimos años, el concepto de estado FFLO se ha utilizado en el campo de la física atómica y en experimentos para detectar el estado en conjuntos atómicos en redes ópticas . [13] [14] Además, existen indicadores de la existencia de la fase FFLO en gases de Fermi de dos componentes confinados en un potencial armónico. Estas firmas no se suprimen ni por la separación de fases ni por la formación de redes de vórtices . [15]

Teoría

Si un superconductor BCS con un estado fundamental que consiste en singletes de pares de Cooper (y un momento en el centro de masas q = 0) se somete a un campo magnético aplicado, entonces la estructura de espín no se ve afectada hasta que la energía Zeeman es lo suficientemente fuerte como para voltear un espín del singlete y romper el par de Cooper, destruyendo así la superconductividad (ruptura paramagnética o de par de Pauli). Si en cambio se considera el estado metálico normal en el mismo campo magnético finito, entonces la energía Zeeman conduce a diferentes superficies de Fermi para electrones de espín hacia arriba y hacia abajo, lo que puede conducir a un emparejamiento superconductor donde se forman singletes de pares de Cooper con un momento en el centro de masas finito q , correspondiente al desplazamiento de las dos superficies de Fermi. Un momento de emparejamiento que no se desvanece conduce a un parámetro de orden modulado espacialmente con vector de onda q . [6]

Experimento

Para que aparezca la fase FFLO, se requiere que la ruptura de pares paramagnéticos de Pauli sea el mecanismo relevante para suprimir la superconductividad (campo límite de Pauli, también límite de Chandrasekhar-Clogston). En particular, la ruptura de pares orbitales (cuando los vórtices inducidos por el campo magnético se superponen en el espacio) tiene que ser más débil, lo que no es el caso de la mayoría de los superconductores convencionales. Ciertos superconductores inusuales , por otro lado, pueden favorecer la ruptura de pares de Pauli: materiales con gran masa electrónica efectiva o materiales estratificados (con conducción eléctrica cuasi bidimensional). [5]

Superconductores de fermiones pesados

La superconductividad de los fermiones pesados ​​es causada por electrones con una masa efectiva drásticamente aumentada (los fermiones pesados , también cuasipartículas pesadas), lo que suprime la ruptura de pares orbitales. Además, ciertos superconductores de fermiones pesados, como CeCoIn 5 , tienen una estructura cristalina en capas, con propiedades de transporte electrónico algo bidimensionales. [5] De hecho, en CeCoIn 5 hay evidencia termodinámica de la existencia de una fase de baja temperatura no convencional dentro del estado superconductor. [16] [17] Posteriormente, los experimentos de difracción de neutrones mostraron que esta fase también exhibe un orden antiferromagnético inconmensurable [18] y que los fenómenos de ordenamiento superconductor y magnético están acoplados entre sí. [19]

Superconductores orgánicos

La mayoría de los superconductores orgánicos son fuertemente anisotrópicos, en particular, existen sales de transferencia de carga basadas en la molécula BEDT-TTF (o ET, "bisethylendithiotetrathiofulvalene") o BEDT-TSF (o BETS, "bisethylendithiotetraselenafulvalene") que son altamente bidimensionales. En un plano, la conductividad eléctrica es alta en comparación con una dirección perpendicular al plano. Al aplicar grandes campos magnéticos exactamente paralelos a los planos conductores, la profundidad de penetración [20] [21] [22] demuestra y el calor específico confirma [23] [ cita requerida ] la existencia del estado FFLO. Este hallazgo fue corroborado por datos de RMN que demostraron la existencia de un estado superconductor no homogéneo, muy probablemente el estado FFLO. [24]

Referencias

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  2. ^ Fulde, Peter; Ferrell, Richard A. (1964). "Superconductividad en un campo de intercambio de espín fuerte". Phys. Rev. 135 ( 3A): A550–A563. Código Bibliográfico :1964PhRv..135..550F. doi :10.1103/PhysRev.135.A550. OSTI  5017462.
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  4. ^ Larkin, AI; Ovchinnikov, Yu.N. (1965). "Estado no homogéneo de los superconductores". Sov. Phys. JETP . 20 : 762.
  5. ^ abc Matsuda, Yuji; Shimahara, Hiroshi (2007). "Estado Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov en superconductores de fermiones pesados". J. Phys. Soc. Jpn . 76 (5): 051005. arXiv : cond-mat/0702481 . Código Bibliográfico :2007JPSJ...76e1005M. doi :10.1143/JPSJ.76.051005. S2CID  119429977.
  6. ^ ab H. Shimahara: Teoría del estado Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov y aplicación a superconductores orgánicos de dimensión cuasi-baja, en: AG Lebed (ed.): La física de los superconductores y conductores orgánicos, Springer, Berlín (2008).
  7. ^ Wright, JA; Green, E.; Kuhns, P.; Reyes, A.; Brooks, J.; Schlueter, J.; Kato, R.; Yamamoto, H.; Kobayashi, M.; Brown, SE (16 de agosto de 2011). "Transición de fase impulsada por Zeeman dentro del estado superconductor de 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. Código Bibliográfico :2011PhRvL.107h7002W. doi : 10.1103/PhysRevLett.107.087002 . PMID:  21929196.
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