[論文レビュー] One-dimensional fermi liquid and symmetry breaking in the vortex core

Yuriy Makhlin, G. E. Volovik|arXiv (Cornell University)|Oct 13, 1995

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、超伝導体の渦核に局在するフェルミ粒子が一次元フェルミ液体を形成し、自発的スピン三重項 p 波対称性ペアリングによって対称性の破れを引き起こすと提案している。低温における磁場の存在下では、この不安定性が渦核を非対称形状に歪め、電弱 Z-ストリングにおける対称性の破れに類似する。

ABSTRACT

Fermions localized within vortex cores can form one-dimensional Fermi liquids. The nonzero density of states in these Fermi-liquids can lead to instability of the symmetric structure of the vortex core. We consider a symmetry breaking which is obtained due to spontaneous admixture of the spin-triplet p-wave component of the order parameter in conventional s-wave vortex in the presence of magnetic field. This occurs at low enough temperature and leads to an asymmetric shape of the vortex core. Similar phenomenon of the symmetry breaking induced by the core fermions occurs in electroweak $Z$-strings (S.G. Naculich, Phys. Rev. Lett., 75 (1995), 998).

研究の動機と目的

• 局在するフェルミ粒子を有する超伝導体における渦核構造の安定性を調査すること。
• 渦核内での一次元フェルミ液体的挙動が自発的対称性の破れにどのように寄与するかを分析すること。
• 磁場下における常識的 s 波超伝導体の渦核内にスピン三重項 p 波ペアリングがどのように出現するかを調査すること。
• 高エネルギー物理学における電弱 Z-ストリングの対称性の破れと、渦核不安定性との類似性を明らかにすること。
• フェルミ粒子の相関が原因で渦核が非対称形状をとる条件を特定すること。

提案手法

• 渦核をフェルミ粒子状態を有する一次元系としてモデル化すること。
• 平均場理論を用いて渦核内における低エネルギーフェルミ粒子の有効ハミルトニアンを分析すること。
• s 波秩序パラメータに p 波ペアリングチャンネルの自発的混合を導入することで対称性破れ項を導入すること。
• 縮重を解き、コア内での p 波成分の安定化を図るために磁場を適用すること。
• 一次元における非ゼロの状態密度が引き起こす不安定性を BCS 的理論で記述すること。
• 高エネルギー理論における電弱 Z-ストリング解との類似性を用いて、このメカニズムの物理的妥当性を裏付けること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 渦核内に局在するフェルミ粒子は、一次元フェルミ液体を形成し、対称的コア構造を不安定化させるか？
• RQ2 s 波背景において、スピン三重項 p 波ペアリングが自発的に生成される条件は何か？
• RQ3 外部磁場は、渦核内の対称性破れ不安定性にどのように影響するか？
• RQ4 状態密度が非対称コア形状への不安定性を駆動する役割を果たすか？
• RQ5 渦核不安定性は、電弱 Z-ストリングの対称性破れとどの程度類似しているか？

主な発見

• 渦核内に局在するフェルミ粒子は、非ゼロの状態密度を有する一次元フェルミ液体を形成し、これが不安定性を引き起こす。
• フェルミ粒子の相関により、s 波背景であってもスピン三重項 p 波ペアリングの自発的混合が発生する。
• 対称性の破れは、元の円対称性を破る非対称な渦核形状を生じる。
• 低温における外部磁場が、p 波成分の安定化を促進し、不安定性を安定化させる。
• 理論的類似性により、このメカニズムは電弱 Z-ストリングの対称性破れと類似しており、妥当性が裏付けられる。
• 系は、コア内での秩序パラメータが非一様である特徴を示す対称性破れ状態への相転移を示す。