[논문 리뷰] Holographic Fermions in Striped Superconductors

Sera Cremonini, Li Li외 1명|arXiv (Cornell University)|2018. 07. 31.

High-pressure geophysics and materials인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 자발적 및 명시적 전역 대칭 위반을 모두 포함하는 스트립형 초전도체 모형에서 허브로그래픽 페르미온을 조사한다. 이온 격자에 의한 중력 배경에서 디랙 방정식의 수치적 해를 통해, 격자 강도를 증가시키면 자발적 스트립 형성이 없더라도 페르미 면 피크가 넓어지고 분리된 호로 분열됨을 보여주며, 대칭 위반 방향으로 페르미 면이 점진적으로 억제됨을 시사한다.

ABSTRACT

We examine the fermionic response in a holographic model of a low temperature striped phase, working for concreteness with the setup we studied in [Cremonini:2016rbd,Cremonini:2017usb], in which a U(1) symmetry and translational invariance are broken spontaneously at the same time. We include an ionic lattice that breaks translational symmetry explicitly in the UV of the theory. Thus, this construction realizes spontaneous crystallization on top of a background lattice. We solve the Dirac equation for a probe fermion in the associated background geometry using numerical techniques, and explore the interplay between spontaneous and explicit breaking of translations. We note that in our model the breaking of the U(1) symmetry doesn't play a role in the analysis of the fermionic spectral function. We investigate under which conditions a Fermi surface can form and focus in particular on how the ionic lattice affects its structure. When the ionic lattice becomes sufficiently strong the spectral weight peaks broaden, denoting a gradual disappearance of the Fermi surface along the symmetry breaking direction. This phenomenon occurs even in the absence of spontaneously generated stripes. The resulting Fermi surface appears to consist of detached segments reminiscent of Fermi arcs.

연구 동기 및 목표

• 허브로그래픽 초전도체에서 자발적 및 명시적 전역 대칭 위반 간의 상호작용을 이해하기 위해.
• 이온 격지가 허브로그래픽 페르미온 체계에서 페르미 면의 구조에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• U(1) 및 전역 대칭이 모두 위반될 때 어떤 조건에서 페르미 면이 형성될 수 있는지 규명하기 위해.
• 이온 격지가 U(1) 대칭 위반과는 별개로 페르미온 스펙트럼 함수를 어떻게 수정하는지 분석하기 위해.

제안 방법

• U(1) 게이지 장과 자발적 및 명시적 전역 대칭 위반을 모두 포함하는 배경 기하구조를 갖는 허브로그래픽 모형을 구성하였다.
• 우측 근처(UV)에 이온 격자를 도입하여 전역 대칭을 명시적으로 위반하였으며, 동시에 배경 기하구조를 통한 자발적 결정화가 발생하였다.
• 이 곡면 시공간 배경에서 프로브 페르미온의 디랙 방정식을 수치적으로 해결하여 페르미온 스펙트럼 함수를 계산하였다.
• 스펙트럼 함수를 분석하여 페르미 면 피크 및 그 넓어짐 또는 분할과 같은 특징을 탐지하였다.
• U(1) 대칭 위반과 페르미온 반응 분석을 분리함으로써 격지 효과를 고립시켰다.
• 분석은 전역 대칭 위반 방향을 따라 스펙트럼 함수의 동역학적 구조에 집중하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이온 격자를 통한 전역 대칭의 명시적 위반이 허브로그래픽 초전도체에서 페르미 면의 형성과 구조에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 자발적으로 생성된 스트립이 없더라도 이온 격지의 존재만으로도 페르미 호가 나타날 수 있는가?
• RQ3 이온 격지가 페르미 면과 관련된 스펙트럼 무게 피크를 어느 정도 억제하거나 수정하는가?
• RQ4 자발적 및 명시적 전역 대칭 위반 간의 상호작용이 저에너지 영역에서 페르미온 반응에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 이 모형에서 U(1) 대칭 위반은 페르미온 스펙트럼 함수에 영향을 미치는가?

주요 결과

• 이온 격지는 페르미온 스펙트럼 함수의 스펙트럼 무게 피크를 넓혀주며, 이는 페르미 면의 점진적 억제를 시사한다.
• 자발적 스트립 형성이 없더라도 강한 이온 격지가 존재하면 분리된 페르미 면 세그먼트, 즉 페르미 호로 보이는 구조가 나타난다.
• 격지 전위의 영향으로 인해 전역 대칭 위반 방향으로 페르미 면의 구조는 점점 비대칭적이 되고, 갭이 생긴다.
• 이 모형에서 U(1) 대칭 위반은 페르미온 스펙트럼 함수에 크게 영향을 주지 않아, 격지 효과를 고립시킬 수 있었다.
• 디랙 방정식의 수치적 해는 격지에 의해 유도되는 수정이 초전도성 쌍성 메커니즘과는 독립적으로 발생함을 드러냈다.
• 스펙트럼 함수는 이온 격지 강도가 증가함에 따라 날카운 페르미 면 특징에서 넓어지고 비구조적인 피크로 전이됨을 보였다.