[논문 리뷰] Bulk Fermi arc of disordered Dirac fermions in two dimensions

Michał Papaj, Hiroki Isobe외 1명|arXiv (Cornell University)|2018. 02. 01.

Topological Materials and Phenomena인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 대칭성에 의해 관련되지 않은 궤도자가 있는 이중 차원 무질서 디랙 페르미온 시스템에서, 무질서성이 청소된 상태에서의 디랙 점을 대체하는 양상의 표면에서의 페르미 호를 유도한다는 것을 보여준다. 궤도자에 따라 다른 무질서성을 가진 새로운 무질서 디랙 모델을 사용하여, 비대칭적인 궤도자 간 산란으로 인해 발생하는 새로운 강한 무질서 상태에서 페르미 호가 나타나는 것을 밝혀냈다.

ABSTRACT

We show that disordered Dirac fermion systems in two dimensions generally exhibit bulk Fermi arc replacing the Dirac point in the clean limit, provided that the Dirac fermion arises from two distinct orbitals unrelated by symmetry. This result is explicitly demonstrated in a disordered Dirac model that we introduce, where the disorder potential acts differently on the two orbitals and drives the system into a new strongly disordered phase.

연구 동기 및 목표

• 대칭성으로 연결되지 않은 두 궤도자를 가진 이중 차원 디랙 페르미온 시스템에서의 무질서 효과를 조사하기.
• 이러한 시스템에서 무질서가 디랙 점을 양상의 표면 페르미 호로 대체할 수 있는지, 그리고 어떻게 대체되는지 확인하기.
• 궤도자에 따라 다른 무질서 잠재력이 있는 새로운 무질서 디랙 모델을 구축하고 분석하여 새로운 양자상의 발생을 탐색하기.

제안 방법

• 각 궤도자에 대해 별개의 힘과 무질서 항을 가진 이중 궤도자 디랙 페르미온 해밀토니안을 도입하기.
• 두 궤도자에 대해 다르게 작용하는 무질서 잠재력을 적용하여, 이들의 대칭성을 깨뜨리기.
• 전자 스펙트럼과 국소화 성질을 연구하기 위해 수치적 및 해석적 기법을 사용하기.
• 밀도 상태와 국소화 길이를 분석하여, 양상에서 페르미 호를 이루는 연장된 상태의 발생을 확인하기.
• 청소된 상태와의 비교를 통해 디랙 점이 페르미 호로 대체됨을 확인하기.
• 궤도자 선택적 산란으로 인해 페르미 호가 강한 무질서 상태에서도 강인함을 입증하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 대칭성이 없는 궤도자를 가진 이중 차원 디랙 페르미온 시스템에서의 무질서가 양상의 표면 페르미 호를 유도하는가?
• RQ2 궤도자 선택적 무질서는 대칭 무질서와 비교해 전자 스펙트럼에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 비대칭 무질서에 의해 안정화되는 새로운 디랙 시스템의 양자상의 성격은 무엇인가?
• RQ4 페르미 호는 궤도자 간 국소화와 산란 이방성의 결과로 이해될 수 있는가?
• RQ5 강한 무질서 한계에서 양상의 표면 페르미 호는 안정적이고 강인한가?

주요 결과

• 궤도자 선택적 잠재력이 있는 무질서는 이중 차원 디랙 페르미온 시스템에서 디랙 점을 양상의 표면 페르미 호로 대체한다.
• 페르미 호는 대칭성으로 연결되지 않은 두 궤도자 간의 비대칭 산란으로 인해 발생한다.
• 시스템은 양상 스펙트럼에서 페르미 호를 이루는 연장된 상태를 특징으로 하는 새로운 강한 무질서 상태로 진입한다.
• 페르미 호는 강한 무질서 조건에서도 강인하게 유지되며, 위상적 보호 또는 국소화 이방성의 결과로 보인다.
• 궤도자 간 대칭성이 없을 경우에만 페르미 호가 발생하므로, 이는 필수 조건이다. 대칭 무질서에서는 이러한 효과가 나타나지 않는다.
• 이 연구는 내재된 위상적 순서가 필요 없이 무질서만으로도 양상의 표면 페르미 호가 발생할 수 있음을 보여주는 최소 모델을 제공한다.