[論文レビュー] Metallic quantum criticality enabled by flat bands in a kagome lattice

Lei Chen, Fang Xie+5 more|arXiv (Cornell University)|Jul 18, 2023

Topological Materials and Phenomena被引用数 8

ひとこと要約

論文は kagome格子における分子軌道の軌道選択的モット転移を示し、2軌道ハバード/アンダーソン系の拡張動的平均場理論を通じて奇異金属挙動を伴う金属的量子臨界点を生み出す。

ABSTRACT

Strange metals arise in a variety of platforms for strongly correlated electrons, ranging from the cuprates, heavy fermions to flat band systems. Motivated by recent experiments in kagome metals, we study a Hubbard model on a kagome lattice whose noninteracting limit contains flat bands. A Kondo lattice description is constructed, in which the correlation effects are captured by symmetry preserving and exponentially localized molecular orbitals. These compact molecular orbitals represent the local degrees of freedom that emerge from topological flat bands. We identify a quantum critical point at which quasiparticles are lost and strange metallicity emerges. Our theoretical work opens up a new route for realizing beyond-Landau quantum criticality, as well as the associated strange metallicity and emergent quantum phases.

研究の動機と目的

• 平坦帯 kagome 系における強相関の研究動機づけと、それが奇異金属性とどのように結びつくかを明示する。
• emergent 分子軌道を通じた平坦帯 kagome 電子の軌道ベースの記述を開発する。
• 分子軌道のための Anderson/Kondo 格子モデルを構築し、非摂動的量子臨界性へアクセスする。
• 分子軌道の連続的な選択的モット転移とその量子臨界点を同定・特徴づける。

提案手法

• z 方向の SOC およびスピン z 回転対称性を持つ kagome 格子上の二軌道ハバードモデルを構築する。
• Wannier 化手続きを介して emergent 分子軌道を同定し、三角格子上の tight f および c 軌道記述を得る。
• 実効 Anderson 格子モデルへの射影を行い、局所的な f 電子相互作用を支配的とし、弱い c 電子相互作用を持つ状態を作る。
• 拡張動的平均場理論（EDMFT）を適用してボース-フェルミー Anderson モデルを解き、Kondo 崩壊と RKKY 競合を捉える。
• 局所および格子スピン感受率を計算し、量子臨界点におけるスケーリング形と動的指数を抽出する。

Figure 1: Illustration of the lattice geometry, compact localized state, Wannier centers, and the qualitative phase diagram. a , Geometry of the kagome lattice with three sites per unit cell. The Wannier centers of the emergent Wannier orbitals are marked by the light-blue circles (centered at Wycko

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 kagome 格子の平坦帯物理を emergent 分子軌道を介して Anderson/Kondo 格子記述に符号化できるか？
• RQ2 これらの分子軌道の軌道選択的モット転移は奇異-metal の兆候を持つ量子臨界点を与えるか？
• RQ3 軌道選択的モット臨界点での動的署名（χ_loc, χ(q,ω)）とスケーリング特性はどうなるか？
• RQ4 Kondo クリーニングと RKKY 相互作用の競合は dehybridization と QCP を横切るフェルミ面ジャンプをどう導くか？

主な発見

• EDMFT による有効 Anderson 格子モデルの扱いの中で、分子軌道の軌道選択的モット転移が同定される。
• 量子臨界点は χ_loc(ω) が対数発散を示し、 χ(q,ω) が ω/(kB T) にスケーリングすることを示し、相互作用的でガウシアンを超える臨界性を示唆する。
• 連続的な選択転移は Kondo 崩壊型の量子臨界点へと繋がり、 QCP を横切るとフェルミ面にジャンプが生じる。
• 平坦帯 kagome 構造は heavy-fermion の量子臨界性に類似した奇異金属挙動への道を提供し、非標準的超伝導の潜在的含意を持つ。

Figure 2: Noninteracting bandstructure. a , The band structure of the two-orbital model in the original kagome lattice, with the parameter setting described in the Methods. b , The band structure for the middle two bands in the original Hamiltonian. The little group representations at high symmetry