[論文レビュー] Anomaly Induced Transport in Boundary Quantum Field Theories

Chong‐Sun Chu, Rong-Xin Miao|arXiv (Cornell University)|Mar 8, 2018

Quantum and electron transport phenomena被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、平行な磁場を加えた際に、境界付近でWeyl異常が、物質的要因や古典的効果（例： chirality magnetic effect ）とは明確に異なる、真空中の量子揺らぎに起因する新しい量子電流輸送を誘発することを示している。この現象は、量子ホール効果に類似しており、量子ホール電導度を用いて測定可能であり、古典的極限をもたない。

ABSTRACT

We show that when an external magnetic field parallel to the boundary is applied, Weyl anomaly give rises to a new anomalous current transport in the vicinity of the boundary. Unlike other previous studied anomalous transport phenomena such as the chiral magnetic effect or the chiral vortical effect, this induced transport does not rely on the presence of a material system and can occur in vacuum. Similar to the Casimir effect, this transport phenomena has its origin in the effect of the boundary on the quantum fluctuations of the vacuum. However this induced current is pure quantum mechanical and has no classical limit; and like the quantum Hall effect, it is measured by the quantum Hall conductance. We briefly discuss how this induced transport may be observed experimentally.

研究の動機と目的

• 磁場の存在下で境界条件が量子真空中の揺らぎをどのように変化させるかを調査すること。
• 境界量子場理論における異常が、物質的媒体に依存しない新しい輸送現象を生成できるかを検討すること。
• Weyl異常と、境界付近の真空中にのみ起因する新しい種類の異常電流との間の関係を確立すること。
• この輸送の量子力学的起源と、古典的または流体力学的異常効果との違いを明確にすること。
• 量子ホール電導度測定に基づく実験的検出法を提案すること。

提案手法

• 境界に平行な磁場を有する境界量子場理論におけるWeyl異常を分析すること。
• 境界条件の下で、異常作用から誘導される電流を導出するために有効場理論的手法を適用すること。
• 手術的異常有効作用を用いて、境界付近における真空偏極および電流応答を計算すること。
• 有効作用におけるトポロジカル不変量を通じて、誘導電流と量子ホール電導度を関連させること。
• 既知の異常輸送効果（例： chiral magnetic effect ）と比較することで、この電流が真空中に起因することを強調すること。
• 次元正則化および共変異常キャンセレーションを用いて、量子場理論フレームワーク内の整合性を確保すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 平行な磁場を加えた場合、Weyl異常が境界付近の真空中で測定可能な電流を生成できるか？
• RQ2 境界条件が量子真空中の揺らぎをどのように変化させ、非ゼロの電流を生じさせるか？
• RQ3 この誘導電流と量子ホール電導度との関係は何か？
• RQ4 この輸送効果は古典的極限をもつのか、それとも完全に量子力学的であるのか？
• RQ5 この異常誘導輸送を他の異常輸送現象と区別する実験的シグネチャは何か？

主な発見

• 平行な磁場を加えた場合、Weyl異常は境界付近の真空中に量子化された電流を誘導する。
• この電流は、境界条件によって修正された量子真空中の揺らぎに起因し、物質的媒体を必要としない。
• 誘導電流は量子ホール電導度に比例しており、トポロジカル起源を示している。
• この効果には古典的極限がなく、chiral magnetic effect などの古典的異常輸送とは明確に区別される。
• 境界条件に依存する点でカシミール効果に類似しているが、本質的に量子的であり、電導度測定によって測定可能である。
• 強力な境界効果と磁場を有する系における電導度の高精度測定によって、実験的観測が可能である。