[論文レビュー] Bulk Fermi arc of disordered Dirac fermions in two dimensions

Michał Papaj, Hiroki Isobe+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 1, 2018

Topological Materials and Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、対称性によって関連付けられていない軌道を有する2次元の無秩序ディラックフェルミオン系において、無秩序性がクリーン限界におけるディラック点の代わりにバルクフェルミアークを誘発することを示している。軌道依存の無秩序性を持つ新規な無秩序ディラックモデルを用いて、非対称な軌道間散乱によって生じる、新たな強無秩序相におけるフェルミアークの出現を明らかにした。

ABSTRACT

We show that disordered Dirac fermion systems in two dimensions generally exhibit bulk Fermi arc replacing the Dirac point in the clean limit, provided that the Dirac fermion arises from two distinct orbitals unrelated by symmetry. This result is explicitly demonstrated in a disordered Dirac model that we introduce, where the disorder potential acts differently on the two orbitals and drives the system into a new strongly disordered phase.

研究の動機と目的

• 対称性によって関連付けられていない2次元ディラックフェルミオン系における無秩序性の影響を調査すること。
• このような系において、無秩序性がディラック点をバルクフェルミアークに置き換えるかどうか、またその仕組みを特定すること。
• 軌道別に異なる無秩序ポテンシャルを有する新規な無秩序ディラックモデルを構築し、新たな量子相の出現を探索すること。

提案手法

• 各軌道に異なる hopping 項および無秩序項を有する2軌道ディラックフェルミオンハミルトニアンを導入する。
• 2つの軌道に異なる作用を示す無秩序ポテンシャルを導入し、それらの間の対称性を破る。
• 数値的および解析的技法を用いて、無秩序性の存在下での電子スペクトルおよび局在性の性質を研究する。
• 状態密度および局在長さを分析し、バルクにフェルミアークを形成する拡散状態の出現を特定する。
• クリーン限界との比較を通じて、ディラック点がフェルミアークに置き換わっていることを確認する。
• フェルミアークが、軌道選択的散乱のおかげで強無秩序相においても安定であることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非対称な軌道を有する2次元ディラックフェルミオン系における無秩序性が、バルクフェルミアークの形成を引き起こすか？
• RQ2 軌道選択的無秩序は、対称的無秩序と比較して電子スペクトルにどのように影響を及けるか？
• RQ3 非対称な無秩序が安定化させる、ディラック系における新たな量子相の性質は何か？
• RQ4 フェルミアークは、軌道間の局在および散乱の非対称性の結果として理解できるか？
• RQ5 強無秩序極限において、バルクフェルミアークは安定的かつ頑健であるか？

主な発見

• 軌道選択的ポテンシャルを有する無秩序性は、2次元ディラックフェルミオン系においてディラック点がバルクフェルミアークに置き換わることをもたらす。
• フェルミアークは、対称性によって関連付けられていない2つの軌道間の非対称な散乱によって生じる。
• 系は、バルクスペクトルにフェルミアークを形成する拡散状態を特徴とする、新たな強無秩序相に遷移する。
• フェルミアークは頑健であり、強無秩序でも持続するため、トポロジカル保護または局在性の非対称性に起因すると考えられる。
• フェルミアークの出現には、軌道間の対称性の欠如が不可欠であり、対称的無秩序ではこの効果は得られない。
• 本研究は、内在的トポロジカル秩序を必要とせず、無秩序性そのものによってバルクフェルミアークが生じうることを示す最小限のモデルを提供する。