[논문 리뷰] A holographic strange metal with slowly fluctuating translational order

Andrea Amoretti, Daniel Areán외 2명|arXiv (Cornell University)|2018. 12. 19.

Quantum, superfluid, helium dynamics인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 천천히 변동하는 이동 대칭성의 위반을 가진 이상 금속의 허브로그래픽 모델을 제안한다. 고정된 밀도파는 격자 진동수의 간격이 생기고, 이는 감쇠율 Ω ≃ G m²Ξ로 나타나는 새로운 비가역 메커니즘을 유도한다. 여기서 G는 전단 탄성율이고, Ξ는 열확산도와 관련된 값이다. 이 모델은 선형 T에 비례하는 저항성과 교류 전도도에서 드루드 유사 피크를 재현하며, 구리산계의 양자临계 전도를 위한 통합된 프레임워크를 제공한다.

ABSTRACT

In this work, we uncover a universal relaxation mechanism of pinned density waves, combining Gauge/Gravity duality and effective field theory techniques. Upon breaking translations spontaneously, new gapless collective modes emerge, the Nambu-Goldstone bosons of broken translations. When translations are also weakly broken (eg by disorder or lattice effects), these phonons are pinned with a mass $m$ and damped at a rate $\Omega$, which we explicitly compute. This contribution to $\Omega$ is distinct from that of topological defects. We show that $\Omega\simeq G m^2\Xi$, where $G$ is the shear modulus and $\Xi$ is related to a diffusivity of the purely spontaneous state. This result follows from the smallness of the bulk and shear moduli, as would be the case in a phase with fluctuating translational order. At low temperatures, the collective modes relax quickly into the heat current, so that late time transport is dominated by the thermal diffusivity. In this regime, the resistivity in our model is linear in temperature and the ac conductivity displays a significant rearranging of the degrees of freedom, as spectral weight is shifted from an off-axis, pinning peak to a Drude-like peak. These results could shed light on transport properties in cuprate high $T_c$ superconductors, where quantum critical behavior and translational order occur over large parts of the phase diagram and transport shows qualitatively similar features.

연구 동기 및 목표

• 이동 대칭성이 깨진 시스템에서 고정된 밀도파의 비가역 메커니즘을 이해하기 위해.
• 양자 임계 행동을 보이는 이상 금속에서 저항성과 전도도에 대한 보편적 메커니즘을 규명하기 위해.
• 깨진 이동 대칭성에서 나타나는 잠재적 집단 모드와 고온 초전도체의 전도성 특성 간의 연결 고리를 찾기 위해.
• 약한 명시적 이동 대칭성 위반 조건에서 간격이 있는 진동수의 양적 감쇠율 Ω ≃ G m²Ξ를 유도하기 위해.

제안 방법

• 깨진 이동 대칭성을 가진 강한 상호작용 양자 물질을 모델링하기 위해 게이지/중력 dualiti를 적용한다.
• 자발적 이동 대칭성 위반으로 발생하는 나무브 골드스톤 모드의 저에너지 역학을 기술하기 위해 효과적 장 이론을 적용한다.
• 약한 명시적 이동 대칭성 위반으로 인한 간격이 있는 진동수의 감쇠율 Ω를 계산하며, 이는 위상 결함 기여와는 다름을 명시한다.
• 감쇠율을 순수하게 자발적 상태에서의 전단 탄성율 G와 열확산도 관련 매개변수 Ξ와 연결한다.
• 집단 모드의 비가역 과정을 열 흐름에 따라 추적함으로써 저온에서의 전도 특성을 분석한다.
• 전체 스펙트럼 함수로부터 저항성과 교류 전도도를 유도하며, 비축 방향의 고정 피크에서 드루드 피크로의 스펙트럼 무게 이동을 보여준다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 변동하는 이동 대칭성의 위반이 있는 시스템에서 고정된 밀도파는 어떻게 비가역화되는가?
• RQ2 이동 대칭성이 약하게 위반될 때 간격이 있는 진동수의 감쇠율 Ω의 기원은 무엇인가?
• RQ3 자발적 및 명시적 이동 대칭성 위반 간의 상호작용은 이상 금속의 전도성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 왜 이 모델에서 저항성은 온도에 선형적으로 비례하는가?
• RQ5 온도가 감소함에 따라 교류 전도도에서 스펙트럼 무게가 어떻게 재분배되는가?

주요 결과

• 간격이 있는 진동수의 감쇠율은 Ω ≃ G m²Ξ로 주어지며, 여기서 G는 전단 탄성율이고, Ξ는 자발적 상태의 열확산도와 관련된 값이다.
• 선형 T에 비례하는 저항성은 저온에서 집단 모드가 열 흐름에 빠르게 비가역화되면서 발생한다.
• 교류 전도도는 비축 방향의 고정 피크에서 저주파수 영역에서 드루드 유사 피크로의 스펙트럼 무게 이동을 나타낸다.
• 이 모델은 양자 임계 행동과 비정상적 스케일링을 포함해 구리산계 전도의 핵심 특징을 잘 묘사한다.
• 비가역 메커니즘은 위상 결함 기반 메커니즘과는 다름을 보이며, 부피 및 전단 탄성율의 작음을 기반으로 보편적이다.