[논문 리뷰] Dynamical Kondo effect and Kondo destruction in effective models for quantum-critical heavy fermion metals

Ang Cai, Haoyu Hu외 3명|arXiv (Cornell University)|2019. 04. 25.

Rare-earth and actinide compounds참고 문헌 1인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 양자임계점에서의 쿠르츠-파괴된 상에서 동적 쿠르츠 효과—비제로인 주파수에서 국소 f-모멘트와 도체 전자 간의 비제로 스핀 상관관계—유지됨을 보여준다. 보세-페르미 쿠르츠/앤티슨 모델을 사용하여, ⟨S_f·s_c⟩의 기대값이 쿠르츠-파괴 임계점에서 연속적으로 변화함을 입증함으로써, 동적 쿠르츠 효과가 쿠르츠-파괴된 상을 안정화시키고, YbRh2Si2 및 CeRhIn5와 같은 물질에서 관측된 증가한 준입자 질량을 설명함을 증명한다.

ABSTRACT

Quantum criticality in certain heavy-fermion metals is believed to go beyond the Landau framework of order-parameter fluctuations. In particular, there is considerable evidence for Kondo destruction: a disappearance of the static Kondo singlet amplitude that results in a sudden reconstruction of Fermi surface across the quantum critical point and an extra critical energy scale. This effect can be analyzed in terms of a dynamical interplay between the Kondo and RKKY interactions. In the Kondo-destroyed phase, a well-defined Kondo resonance is lost, but Kondo singlet correlations remain at nonzero frequencies. This dynamical effect allows for mass enhancement in the Kondo-destroyed phase. Here, we elucidate the dynamical Kondo effect in Bose-Fermi Kondo/Anderson models, which unambiguously exhibit Kondo-destruction quantum critical points. We show that a simple physical quantity---the expectation value $\langle {\bf S}_{f} \cdot {\bf s}_{c} angle$ for the dot product of the local ($f$) and conduction-electron ($c$) spins---varies continuously across such quantum critical points. A nonzero $\langle {\bf S}_{f} \cdot {\bf s}_{c} angle$ manifests the dynamical Kondo effect that operates in the Kondo-destroyed phase. Implications are discussed for the stability of Kondo-destruction quantum criticality as well as the understanding of experimental results in quantum critical heavy-fermion metals.

연구 동기 및 목표

• 쿠르츠-파괴 임계 상태에서 동적 쿠르츠 효과의 역할을 이해하는 것.
• 정적 쿠르츠 싱글렛 진폭이 소멸함에도 불구하고 질량 증가의 역학을 해결하는 것.
• 쿠르츠-파괴 임계점에 대한 연속적이고 물리적으로 의미 있는 질서파라미터를 규명하는 것.
• 정적 쿠르츠 싱글렛 파괴와 동적 쿠르츠 상관관계의 지속성 간의 차이를 명확히 하는 것.
• 양자임계점 중금속 금속 물질에서 증가한 효과 질량과 이국적인 스케일링의 미세구조적 기원을 제공하는 것.

제안 방법

• 명확한 쿠르츠-파괴 임계점이 존재하는 SU(2) 대칭 및 이징 이방성 보세-페르미 앤티슨 모델 분석.
• 국소 f-스핀과 도체 전자 스핀 연산자 간의 내적 ⟨S_f·s_c⟩ 기대값 계산.
• 스펙트럼 분해를 통해 비제로 ⟨S_f·s_c⟩가 비제로 주파수에서의 동적 쿠르츠 상관관계를 반영함을 보임.
• 비양자론적 수치적 리노멀화 그룹(NRG) 및 ε-확장법을 사용한 임계 상태 연구.
• 변이 몬테카를로 및 평균장 접근법과의 비교를 통해 동적 쿠르츠 효과를 포착하지 못함을 강조함.
• 다양한 진단 도구 사용: 바인더 비율, 민감도 위상 수확률, NRG 스펙트럼 분열을 통해 연속적인 양자상전이를 확인함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 동적 쿠르츠 효과는 쿠르츠-파괴된 상에서도 유지되며, 어떻게 정량화할 수 있는가?
• RQ2 기대값 ⟨S_f·s_c⟩는 쿠르츠-파괴 임계점에서 연속적인 함수인가?
• RQ3 ⟨S_f·s_c⟩는 쿠르츠-파괴 임계 상태를 진단하는 데 사용될 수 있는가?
• RQ4 정적 쿠르츠 싱글렛이 존재하지 않음에도 불구하고 동적 쿠르츠 효과가 어떻게 쿠르츠-파괴된 상을 안정화시키는가?
• RQ5 양자임계점 중금속 금속의 쿠르츠-파괴된 상에서 질량 증가의 미세구조적 기원은 무엇인가?

주요 결과

• 기대값 ⟨S_f·s_c⟩가 쿠르츠-파괴 임계점에서 연속적으로 변화함을 보여, 스핀 상관관계에 불연속성이 없음을 시사함.
• 쿠르츠-파괴된 상에서 비제로 ⟨S_f·s_c⟩는 비제로 주파수에서의 동적 쿠르츠 상관관계 존재를 확인함.
• 동적 쿠르츠 효과가 쿠르츠-파괴된 상을 안정화시키며, 연속적인 2차 상전이를 가능하게 함.
• 쿠르츠-파괴된 상은 동적 쿠르츠 상관관계로 인해 증가한 준입자 효과 질량을 보이며, YbRh2Si2 및 CeRhIn5의 실험 관측 결과와 일치함.
• 정적 평균장 그림은 동적 쿠르츠 효과를 포착하지 못함을 입증하며, AF_S 상의 변이 몬테카를로 연구에서 ⟨S_f·s_c⟩가 0이 되는 것으로 나타남.
• ε-확장, 바인더 비율 캐릭터리제이션, 민감도 위상 수확률 등 다양한 진단 도구를 통해 연속적인 쿠르츠-파괴 임계점 존재를 확인함.