[論文レビュー] Spin scattering turns complex at strong coupling: the key to pseudogap and Fermi arcs in the Hubbard model

Friedrich Krien, Paul Worm+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 14, 2021

Physics of Superconductivity and Magnetism参考文献 72被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、ハッブルモデルにおける強い結合と粒子・ホール対称性の破れが、スピン・フェルミオン頂点の大きな虚部を誘導することを提案している。この虚部は、反ノード領域近くで擬似ギャップを形成し、ノード付近のフェルミアークを保護する。微小結合スピン揺動とは異なり、このメカニズムは摂動理論を超えた頂点補正を通じて、穴ドーピングカップレートスにおけるスペクトルギャップと断片化したフェルミ面の共存を説明する。

ABSTRACT

We analyze the pseudogap phenomenon of hole-doped cuprates via a Feynman-diagrammatic inspection of the Hubbard model. Our approach captures the pivotal interplay between Mott localization and Fermi surface topology beyond weak-coupling spin fluctuations, which open a spectral gap near hot spots. We show that strong coupling and particle-hole asymmetry give rise to another mechanism: the spin-fermion vertex develops a large imaginary part. While its real part always suppresses the electronic lifetime, the imaginary part has a twofold effect. For antinodal fermions a gap opening is boosted; conversely, around the node Fermi arcs are protected.

研究の動機と目的

• 微小結合スピン揺動理論を超えて、穴ドーピングカップレートスにおける擬似ギャップとフェルミアークの起源を解明すること。
• 強い結合と粒子・ホール対称性の破れがスピン・フェルミオン頂点関数および電子自己エネルギーに与える影響を調査すること。
• スピン・フェルミオン頂点の虚部が、スペクトルギャップおよびフェルミ面再構築に果たす役割を特定すること。
• 擬似ギャップ領域における反ノードおよびノード準粒子の異なる挙動を説明すること。

提案手法

• 強い結合におけるハッブルモデルをフェルミオン図式的手法を用いて分析する。
• 摂動理論を超えて、スピン・フェルミオン頂点関数の運動量および周波数依存性を追跡する。
• 頂点の実部および虚部を分析し、それらが電子自己エネルギーおよび寿命に与える影響を評価する。
• モット局在化とフェルミ面トポロジーの相互作用が、スペクトル特性に与える影響に焦点を当てる。
• 頂点補正を用いて、強い電子相関が準粒子分散およびギャップ形成に与える影響をモデル化する。
• 頂点の実部と虚部が反ノードおよびノードフェルミオンに与える影響を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 強い結合において、ハッブルモデルにおけるスピン・フェルミオン頂点は、微小結合領域と比べてどのように変化するか？
• RQ2 スピン・フェルミオン頂点の虚部が、スペクトルギャップおよびフェルミアークの誘導に果たす役割は何か？
• RQ3 なぜ擬似ギャップ相において反ノード準粒子はノード準粒子よりもギャップ形成に対してより感受性を示すのか？
• RQ4 ハッブルモデルにおける粒子・ホール対称性の破れが、頂点関数および電子自己エネルギーに与える影響は何か？
• RQ5 プリフォームドペアを仮定せずに、頂点補正のみで擬似ギャップと断片化フェルミ面の共存を説明できるか？

主な発見

• 強い結合において、スピン・フェルミオン頂点の虚部が顕著に発現し、電子自己エネルギーに対する非摂動的補正をもたらす。
• 頂点の実部は電子の寿命を普遍的に抑制するが、虚部は反ノード領域近くでギャップ形成を強化する。
• フェルミ面のノード付近では、頂点の虚部が準粒子を保護し、フェルミアークの形成を引き起こす。
• このメカニズムは微小結合スピン揺動とは独立に作用し、擬似ギャップおよびフェルミアークの別個の起源を提供する。
• ハッブルモデルにおける粒子・ホール対称性の破れは、頂点関数に大きな虚部成分を生成するために不可欠である。
• ホットスポット付近のスペクトルギャップは、単にスピン揺動交換によるものではなく、複雑なダイナミクスを示す強い結合頂点補正に起因する。