[論文レビュー] Non-Fermi-liquid fixed point in multi-orbital Kondo impurity model relevant for Hund's metals

Alen Horvat, Rok Žitko+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 16, 2019

Rare-earth and actinide compounds被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、スピンと軌道のスクリーニングが分離された状態におけるハンドス金属の多軌道Kondo不純物模型を、数値帰還群(NRG)を用いて解析し、中間温度領域における低エネルギー固定点が支配するメカニズムを調査する。非フェルミ液体的2チャネルSU(3)固定点が特定され、軌道磁化率に明確なω¹/⁵周波数依存性と、スペクトル関数にサイドピークが現れることが判明し、ハンドス金属における非整合状態の正確な記述が得られた。

ABSTRACT

Due to the separation between the spin and the orbital screening scales, the normal state of Hund's metals at ambient temperature can be loosely characterized as a partially coherent state with fluctuating spins and quenched orbital moments. With the aim to characterize this situation more precisely, we investigate the Kondo-Kanamori impurity model that describes the low-energy local physics of three-orbital Hund's metals occupied by two or four electrons. Within this model one can diminish the mixed spin-orbital terms and thereby enhance the separation between the two screening scales, allowing a more precise investigation of the intermediate state. Using the numerical renormalization group we calculate the impurity entropy as well as the temperature and frequency dependence of the spin and the orbital susceptibilities. We uncover a non-Fermi-liquid two-channel overscreened SU(3) fixed point that controls the behavior in the intermediate regime. We discuss its fingerprints in the frequency dependence of local orbital susceptibility and the shape of the spectral function.

研究の動機と目的

• スピンフラクチュエーションと抑制された軌道モーメントが共存するハンドス金属の中間温度状態を正確に特徴づけること。
• 強い混合スピン-軌道結合が存在しない状況下で、分離したスピンおよび軌道Kondoスクリーニングスケールの役割を調査すること。
• ハンドス金属に関連する多軌道Kondo系における非整合状態を支配する低エネルギー固定点を特定すること。
• ルチネートや鉄ヒ素化物などの強相関酸化物における非フェルミ液体的挙動の理論的基準を提供すること。
• 固定点物理学と、サイドピークを含む観測可能なスペクトル的特徴（例：スペクトル関数のサイドピーク、周波数依存軌道磁化率）との関連を明らかにすること。

提案手法

• 3軌道および2電子または4電子を有するKondo-カナモリ不純物模型を数値的帰還群(NRG)を用いて解く。
• 混合スピン-軌道結合項(J_ls)を抑制することで、スピン(T_K^S)と軌道(T_K^L)のスクリーニングスケールの分離を強化する。
• 温度および周波数の関数として、不純物エントロピー、スピンおよび軌道磁化率、スペクトル関数を計算する。
• 固定点の振る舞いは、軌道磁化率の周波数依存性およびスペクトル関数の形状を解析することで特定する。
• 既知の非フェルミ液体的固定点（例：2チャネルSU(3)、3チャネルSU(2)）との比較および残渣エントロピーの計算を含む。
• 四重極モーメントおよびポテンシャル散乱項を抑制した状況にモデルを拡張し、粒子-穴対称固定点を分離する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スピンと軌道のスクリーニングスケールが分離された多軌道ハンドス金属の、中間温度領域における支配的固定点の性質は何か？
• RQ2 非フェルミ液体的領域における軌道磁化率はどのように振る舞い、その周波数依存性は何か？
• RQ3 非フェルミ液体的固定点によって生じる単粒子スペクトル関数にどのようなスペクトル的特徴が現れるか？
• RQ4 残渣エントロピーおよび不純物エントロピーは結合パラメータの関数としてどのように変化するか？これにより固定点構造にどのような示唆が得られるか？
• RQ5 非フェルミ液体的物理学は、Sr₂RuO₄の光学伝導度に観測されたサイドピークと結びつけることができるか？

主な発見

• 中間温度領域（T_K^S < T < T_K^L）において、支配的固定点として非フェルミ液体的2チャネルSU(3)固定点が特定された。
• 非フェルミ液体的領域では、軌道磁化率がω¹/⁵のべき乗依存性を示し、2チャネルSU(3)固定点の特徴的兆候である。
• スペクトル関数には、N_d = 2では負の周波数に、N_d = 4では正の周波数にサイドピークが現れ、Sr₂RuO₄の光学応答観測結果と一致する。
• 2チャネルSU(3)固定点の残渣エントロピーはS_imp0 ≈ 0.481であり、スピンKondo結合が抑制された状態のゼロ温度極限と整合的である。
• 混合スピン-軌道結合項(J_ls)が抑制されていなければ、固定点は安定ではなく、粒子-穴対称性が破れる。
• 本結果により、ハンドス金属における非整合状態の正確な理論的基準が得られ、ルチネートおよび関連化合物における特異なスペクトル的および応答関数の起源が説明された。