[論文レビュー] Fermi and Non-Fermi Liquid Behavior of Local Moment Systems within a Conserving Slave Boson Theory

Johann Kroha, Peter Woelfle|arXiv (Cornell University)|Apr 6, 1998

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、強い電子相関を示す局所モーメント系におけるフェルミ液体および非フェルミ液体行動を一元的に記述するため、スレーブボソン形式に基づく保存的T行列近似（CTMA）を構築する。局所ゲージ対称性を保ちつつ、整合的なスピン反転および電荷揺動過程を捉えることで、SU(N)×SU(M)アンダーソンインピーリティモデルにおいて、両 régime における赤外臨界指数を正しく再現し、従来の補助ボソン理論が抱えていた主要な限界を解消する。

ABSTRACT

The question of Fermi liquid vs. non-Fermi liquid behavior induced by strong correlations is one of the prominent problems in metallic local moment systems. As standard models for such systems, the SU(N) x SU(M) Anderson impurity models exhibit both Fermi liquid and non-Fermi liquid behavior, depending on their symmetry. Using an auxiliary boson method, we present a generally applicable scheme to select the relevant contributions in the low frequency regime, while preserving the local gauge symmetry of the model. It amounts to a conserving T-matrix approximation (CTMA) including coherent spin flip as well as charge fluctuation processes, which are found to dominate in the Kondo and in the mixed valence regime, respectively. The infrared threshold exponents of the auxiliary particle spectral functions are indicators for the presence of Fermi or non-Fermi liquid behavior in any given model with strong on-site repulsion. We show that, in contrast to earlier auxiliary boson theories, the CTMA recovers the correct exponents in both cases, indicating that it correctly describes both the Fermi and the non-Fermi regimes of the Anderson model.

研究の動機と目的

• 強い電子相関を示す局所モーメント系において、フェルミ液体および非フェルミ液体行動を統一的な理論枠組みで記述する長年の課題を解決すること。
• スレーブボソン形式において局所ゲージ対称性を保存する保存的近似スキームを構築すること。これは低エネルギー物理を正しく記述するために不可欠である。
• Kondo領域およびミックスドバリエンス領域において、それぞれ支配的となる物理的過程（整合的スピン反転および電荷揺動）を特定し、正しく記述すること。
• 補助粒子のスペクトル関数の赤外臨界指数が、フェルミ液体対非フェルミ液体行動を信頼できる指標として機能するかどうかを特定すること。
• 従来の補助ボソン理論が両領域で正しい臨界指数を再現できなかった問題を克服すること。

提案手法

• 著者らは、アンダーソンインピーリティモデルの局所U(1)ゲージ対称性を保ちつつ、局所ヒルベルト空間を分離するためのスレーブボソン表現を採用する。
• 整合的スピン反転および電荷揺動過程を含む保存的T行列近似（CTMA）を導出する。これにより、保存則が保たれる。
• 自己エネルギーにおける関連する低周波数寄与を体系的に選択し、フェルミ/非フェルミ液体遷移が起こる赤外領域に注目する。
• 補助粒子スペクトル関数の赤外臨界指数を、低エネルギー固定点挙動の主要な指標として計算する。
• SU(N)×SU(M)アンダーソンモデルにこの手法を適用し、Kondo領域およびミックスドバリエンス領域を一元的に取り扱えるようにする。
• フェルミ液体および非フェルミ液体固定点における既知の正確解と比較することで、形式の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 一様な保存的スレーブボソンアプローチが、局所モーメント系におけるフェルミ液体および非フェルミ液体行動を両方記述可能か？
• RQ2 補助粒子スペクトル関数の赤外臨界指数が、フェルミ液体または非フェルミ液体行動の存在を正しく示唆するか？
• RQ3 T行列近似に整合的スピン反転および電荷揺動過程の両方を含めることで、低エネルギー固定点指数が正しく再現されるか？
• RQ4 提案されたCTMA手法は、従来の補助ボソン理論が正しく指数を再現できなかった点をどのように改善するか？
• RQ5 保存的近似において局所ゲージ対称性を保存しつつ、強い相関の本質的物理を捉えることは可能か？

主な発見

• 保存的T行列近似（CTMA）は、SU(N)×SU(M)アンダーソンインピーリティモデルにおいて、フェルミ液体および非フェルミ液体固定点の正しい赤外臨界指数を再現した。
• この手法は、Kondo領域では整合的スピン反転過程が支配的であり、ミックスドバリエンス領域では電荷揺動が支配的であることを正しく特定した。
• 従来の補助ボソン理論とは異なり、CTMAは局所ゲージ対称性を保存し、低エネルギー極限で物理的でない結果を避ける。
• 補助粒子スペクトル関数の赤外指数は、下位のフェルミ液体または非フェルミ液体特性を信頼できる指標として機能する。
• CTMAは、一様な保存的形式内で両領域を正しく記述する統一的フレームワークを提供する。
• このアプローチは、低周波数選択を適切に組み込んだ保存的近似を導入することで、スレーブボソン法の有効性を裏付けた。