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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 en un gran campo magnético. 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 lleva a áreas conductoras normales en el superconductor.

Historia

Dos publicaciones independientes de 1964, una de Peter Fulde y Richard A. Ferrell [2] y la otra de Anatoly Larkin y Yuri Ovchinnikov, [3] [4] predijeron teóricamente la aparición de un nuevo estado en un determinado régimen de superconductores a bajas temperaturas y en campos magnéticos elevados. Este estado superconductor particular se conoce hoy en día como 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 luego en superconductores 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 capacidad calorífica. [10] [11] [12] En los últimos años, el concepto del estado FFLO se adoptó en el campo de la física atómica y en experimentos para detectar el estado FFLO en conjuntos atómicos en redes ópticas. [13] [14] Además, existen indicadores de la existencia de la fase FFLO en gases Fermi de dos componentes confinados en un potencial armónico. Estas firmas no son suprimidas ni por la separación de fases ni por la formación de una red de vórtices . [15]

Teoría

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

Experimento

Para que aparezca la fase FFLO, se requiere que la ruptura del par paramagnético de Pauli sea el mecanismo relevante para suprimir la superconductividad (campo limitante 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 ocurre con la mayoría de los superconductores convencionales. Por el contrario, ciertos superconductores inusuales pueden favorecer la ruptura del par de Pauli: materiales con una gran masa electrónica efectiva o materiales en capas (con conducción eléctrica casi 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 las cuasipartículas pesadas), lo que suprime la ruptura de pares orbitales. Además, ciertos superconductores de fermiones pesados, como el 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 demostraron que esta fase también exhibe un orden antiferromagnético inconmensurable [18] y que los fenómenos de ordenamiento magnético y superconductor 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, "bisetilenditiotetratiofulvaleno") o BEDT-TSF (o BETS, "bisetilenditiotetraselenafulvaleno") que son altamente bidimensionales. En un plano, la conductividad eléctrica es alta en comparación con una dirección perpendicular al plano. Cuando se aplican grandes campos magnéticos exactamente paralelos a los planos conductores, la profundidad de penetración [20] [21] [22] demuestra y el calor específico confirma [23] [ cita necesaria ] 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, Pedro; Ferrell, Richard A. (1964). "Superconductividad en un fuerte campo de intercambio de espín". Física. Rdo . 135 (3A): A550 – A563. Código bibliográfico : 1964PhRv..135..550F. doi :10.1103/PhysRev.135.A550. OSTI  5017462.
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  5. ^ abc Matsuda, Yuji; Shimahara, Hiroshi (2007). "Estado de Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov en superconductores de fermiones pesados". J. Física. Soc. Japón . 76 (5): 051005. arXiv : cond-mat/0702481 . Código Bib : 2007JPSJ...76e1005M. doi :10.1143/JPSJ.76.051005. S2CID  119429977.
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