[論文レビュー] Dynamical Kondo effect and Kondo destruction in effective models for quantum-critical heavy fermion metals

Ang Cai, Haoyu Hu+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 25, 2019

Rare-earth and actinide compounds参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、量子臨界な重フェルミオン金属のKondo破壊相においても、局所fモーメントと伝導電子の間の非ゼロ周波数におけるスピン相関（動的Kondo効果）が維持されることを示している。Bose-Fermi Kondo/Andersonモデルを用いて、スピン演算子の内積⟨S_f·s_c⟩がKondo破壊量子臨界点を越えて連続的に変化することを示し、動的Kondo効果がKondo破壊相を安定化させ、YbRh2Si2 や CeRhIn5 などの物質における準粒子有効質量の増大を説明することを証明した。

ABSTRACT

Quantum criticality in certain heavy-fermion metals is believed to go beyond the Landau framework of order-parameter fluctuations. In particular, there is considerable evidence for Kondo destruction: a disappearance of the static Kondo singlet amplitude that results in a sudden reconstruction of Fermi surface across the quantum critical point and an extra critical energy scale. This effect can be analyzed in terms of a dynamical interplay between the Kondo and RKKY interactions. In the Kondo-destroyed phase, a well-defined Kondo resonance is lost, but Kondo singlet correlations remain at nonzero frequencies. This dynamical effect allows for mass enhancement in the Kondo-destroyed phase. Here, we elucidate the dynamical Kondo effect in Bose-Fermi Kondo/Anderson models, which unambiguously exhibit Kondo-destruction quantum critical points. We show that a simple physical quantity---the expectation value $\langle {\bf S}_{f} \cdot {\bf s}_{c} angle$ for the dot product of the local ($f$) and conduction-electron ($c$) spins---varies continuously across such quantum critical points. A nonzero $\langle {\bf S}_{f} \cdot {\bf s}_{c} angle$ manifests the dynamical Kondo effect that operates in the Kondo-destroyed phase. Implications are discussed for the stability of Kondo-destruction quantum criticality as well as the understanding of experimental results in quantum critical heavy-fermion metals.

研究の動機と目的

• 重フェルミオン系におけるKondo破壊量子臨界性の安定化に果たす動的Kondo効果の役割を理解すること。
• 静的Kondoスリムの振幅が消えるにもかかわらず、Kondo破壊相で質量増大が生じるというパラドックスを解消すること。
• Kondo破壊量子臨界点に対して連続的で物理的に意味のある秩序パラメータを同定すること。
• 静的Kondoスリムの破壊と、非ゼロ周波数における動的Kondo相関の持続との違いを明確にすること。
• 量子臨界な重フェルミオン材料における有効質量の増大と異常なスケーリングの微視的起源を明らかにすること。

提案手法

• 明確なKondo破壊量子臨界点を持つSU(2)対称およびIsing異方性Bose-Fermi Andersonモデルの分析。
• 局所fスピンと伝導電子スピン演算子の内積⟨S_f·s_c⟩の期待値の計算。
• スペクトル分解を用いて、非ゼロの⟨S_f·s_c⟩が非ゼロ周波数における動的Kondo相関を反映することを示した。
• 非摂動的数値発散性群法(NRG)およびε展開を用いた量子臨界性の研究。
• 変動モンテカルロ法および平均場アプローチとの比較により、動的Kondo効果を捉えられていないことの強調。
• 複数の診断指標（Binderratio、忠実度感受率、NRGスペクトル分岐）を用いて、連続的量子相転移の確認。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 動的Kondo効果はKondo破壊相でも持続するか？ そして、どのように定量的に評価できるか？
• RQ2 期待値⟨S_f·s_c⟩はKondo破壊量子臨界点を越えて連続関数として変化するか？
• RQ3 ⟨S_f·s_c⟩はKondo破壊量子臨界性の診断に用いることができるか？
• RQ4 静的Kondoスリムが存在しないにもかかわらず、動的Kondo効果がKondo破壊相をどのように安定化させるのか？
• RQ5 量子臨界な重フェルミオン金属のKondo破壊相における質量増大の微視的起源は何か？

主な発見

• 期待値⟨S_f·s_c⟩がKondo破壊量子臨界点を越えて連続的に変化しており、スピン相関に不連続性がないことを示している。
• Kondo破壊相における非ゼロの⟨S_f·s_c⟩は、非ゼロ周波数における動的Kondo相関の存在を確認している。
• 動的Kondo効果がKondo破壊相を安定化させ、連続的な2次相転移を可能としている。
• Kondo破壊相は動的Kondo相関のおかげで準粒子有効質量が増大しており、YbRh2Si2 や CeRhIn5 の実験的観測と整合的である。
• 静的平均場図式は動的Kondo効果を捉えられておらず、AF_S相における変動モンテカルロ研究で⟨S_f·s_c⟩が消えることからも明らかである。
• ε展開、Binderratioの崩壊、忠実度感受率といった複数の診断指標により、連続的Kondo破壊量子臨界点の存在が確認された。