Фаза Ларкина — Овчинникова — Фульде — Феррелла (ЛОФФ) может возникать в сверхпроводнике при больших магнитных полях. Среди её характеристик — пары Купера с ненулевым полным импульсом и пространственно неоднородный параметр порядка, приводящие к нормально проводящим областям в системе.

История В 1964 году две независимые публикации, одна Питера Фулде и , а другая Анатолия Ларкина и Юрия Овчинникова теоретически предсказали появление нового состояния в определённом режиме сверхпроводников при низких температурах и в сильных магнитных полях. Это конкретное сверхпроводящее состояние в настоящее время известно как состояние Фулде — Феррелла — Ларкина — Овчинникова (ФФЛО). С тех пор экспериментальные наблюдения состояния ФФЛО проводились в различных классах сверхпроводящих материалов, сначала в тонких плёнках, а затем в более экзотических сверхпроводниках, таких как сверхпроводники с тяжёлыми фермионами и органические сверхпроводникиH. Shimahara: Theory of the Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov State and Application to Quasi-Low-Dimensional Organic Superconductors, in: A.G. Lebed (ed.): The Physics of Organic Superconductors and Conductors, Springer, Berlin (2008).. Убедительные доказательства существования состояния ФФЛО были найдены в органических сверхпроводниках с использованием ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и исследований теплоёмкости. В последние годы концепция состояния ФФЛО используется в области атомной физики и экспериментах для обнаружения этого состояния в атомных ансамблях в оптических решётках. Более того, существуют индикаторы фазы ФФЛО в двухкомпонентных ферми-газах, локализованных в гармоническом потенциале. Эти признаки не подавляются ни фазовым разделением, ни образованием решётки из вихрей.

Теория Если сверхпроводник БКШ с основным состоянием, состоящим из синглетных 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 один спин синглета и разорвать куперовскую пару, тем самым разрушив сверхпроводимость (парамагнитный предел или паулевский разрыв пары). Если же рассматривать нормальное, металлическое состояние при 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 парному взаимодействию, где образуются синглеты куперовских пар с конечным импульсом центра масс q, соответствующим смещению двух поверхностей Ферми. Ненулевой импульс парного взаимодействия приводит к пространственно модулированному параметру порядка с волновым вектором qH. Shimahara: Theory of the Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov State and Application to Quasi-Low-Dimensional Organic Superconductors, in: A.G. Lebed (ed.): The Physics of Organic Superconductors and Conductors, Springer, Berlin (2008)..

Эксперимент Для появления фазы FFLO необходимо, чтобы паулевский разрыв пар являлся соответствующим механизмом 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, чего нет в большинстве обычных сверхпроводников. С другой стороны, некоторые необычные сверхпроводники могут способствовать разрыву пар Паули: материалы с большой эффективной массой электрона или слоистые материалы (с квазидвумерной электрической проводимостью).

Сверхпроводники на основе тяжёлых фермионов Сверхпроводимость с тяжёлыми фермионами обусловлена электронами с резко увеличенной эффективной массой (тяжёлые фермионы, также тяжёлые квазичастицы), что подавляет разрыв пар орбиталей. Кроме того, некоторые сверхпроводники с тяжелыми фермионами, такие как CeCoIn5, имеют слоистую кристаллическую структуру с несколько двумерными свойствами электронного транспорта. Действительно, в этом материале имеются термодинамические свидетельства существования необычной низкотемпературной фазы в сверхпроводящем состоянии. Впоследствии эксперименты по нейтронной дифракции показали, что эта фаза также демонстрирует несоизмеримый антиферромагнитный порядок и что явления сверхпроводимости и магнитного упорядочения связаны друг с другом.

Органические сверхпроводники Большинство органических сверхпроводников обладают сильной анизотропией, 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 электрическая проводимость высока по сравнению с направлением, перпендикулярным плоскости. При приложении больших магнитных полей, точно параллельных проводящим плоскостям, демонстрируется глубина проникновения и подтверждается удельная теплоёмкость существование состояния FFLO. Это открытие было подтверждено данными ЯМР, которые доказали существование неоднородного сверхпроводящего состояния, скорее всего, состояния FFLO.

Примечания

Ссылки

Категория:Сверхпроводимость