La fase de Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov ( FFLO ) (también llamada ocasionalmente fase de 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 una cantidad de movimiento total distinta de cero y un parámetro de orden espacialmente no uniforme , lo que conduce a áreas conductoras normales en el superconductor.
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 la aparición de un nuevo estado en un cierto régimen de superconductores a bajas temperaturas y en campos magnéticos elevados. Este estado superconductor particular se conoce hoy en día como el estado de Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov, estado abreviado 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 fermiones pesados [5] y orgánicos [6].superconductores. Se encontró buena evidencia de la existencia del estado FFLO en superconductores orgánicos usando Resonancia Magnética Nuclear (RMN) [7] [8] [9] y capacidad calorífica. [10] [11] [12] En los últimos años, el concepto del estado FFLO se retomó en el campo de la física atómica y los experimentos para detectar el estado FFLO en conjuntos atómicos en redes ópticas. [13] [14] Además, hay indicadores de la existencia de la fase FFLO en gases Fermi de dos componentes confinados en un potencial armónico. Estas firmas no se suprimen ni por separación de fases ni por formación de redes de vórtices . [15]
Si un superconductor BCS con un estado fundamental que consta de pares de Cooper singlets (y el 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 Zeeman sea lo suficientemente fuerte como para voltear uno. girar el singlete y romper el par de Cooper, destruyendo así la superconductividad (ruptura del par paramagnético o 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 electrones de giro hacia arriba y hacia abajo, lo que puede conducir a un emparejamiento superconductor donde los pares de Cooper singlets se forman con un finito momento del centro de masa q, correspondiente al desplazamiento de las dos superficies de Fermi. Un momento de emparejamiento que no desaparece conduce a un parámetro de orden modulado espacialmente con el vector de onda q . [6]
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 limitante de Pauli , también límite de Chandrasekhar-Clogston ). En particular, la ruptura del par orbital (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 de electrones efectiva o materiales en capas (con conducción eléctrica cuasi-bidimensional). [5]
La superconductividad de fermiones pesados es causada por electrones con una masa efectiva drásticamente mejorada (los fermiones pesados , también cuasipartículas pesadas), que suprime la ruptura del par orbital. Además, ciertos superconductores de fermiones pesados, como CeCoIn 5 , tienen una estructura de cristal 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 anti-ferromagnético inconmensurable [18]y que los fenómenos superconductores y de ordenamiento magnético están acoplados entre sí. [19]