[논문 리뷰] Metallic quantum criticality enabled by flat bands in a kagome lattice

Lei Chen, Fang Xie외 5명|arXiv (Cornell University)|2023. 07. 18.

Topological Materials and Phenomena인용 수 8

한 줄 요약

논문은 kagome lattice에서의 orbital-selective Mott transition을 통해 금속 양자 임계점과 strange-metal 행태를 extended dynamical mean-field theory of a two-orbital Hubbard/Anderson framework를 통해 제시한다.

ABSTRACT

Strange metals arise in a variety of platforms for strongly correlated electrons, ranging from the cuprates, heavy fermions to flat band systems. Motivated by recent experiments in kagome metals, we study a Hubbard model on a kagome lattice whose noninteracting limit contains flat bands. A Kondo lattice description is constructed, in which the correlation effects are captured by symmetry preserving and exponentially localized molecular orbitals. These compact molecular orbitals represent the local degrees of freedom that emerge from topological flat bands. We identify a quantum critical point at which quasiparticles are lost and strange metallicity emerges. Our theoretical work opens up a new route for realizing beyond-Landau quantum criticality, as well as the associated strange metallicity and emergent quantum phases.

연구 동기 및 목표

• 평평한 밴드 kagome 시스템에서의 강한 상관관계 연구의 동기와 그것의 strange metallicity와의 연결을 모티브로 삼는다.
• emergent molecular orbitals를 통해 평평한 밴드 kagome 전자의 궤도 기반 설명을 개발한다.
• Anderson/Kondo-lattice 프레임워크를 분자 오비탈에 대해 구축하여 비(非)섭동 양자 임계성을 접근한다.
• 분자 오비탈의 연속적인 선택적 모트 전이를 식별하고 그 양자 임계점을 특징짓는다.

제안 방법

• 카고메 격자에 SOC along z 및 spin- z 회전 대칭을 갖는 2-오비탈 허프만 모델을 구성한다.
• Wannierization 절차를 통해 emergent molecular orbitals를 식별하고 삼각 격자에서 tight f 및 c 오비털 설명을 얻는다.
• dominant on-site f-electron interactions 및 weak c-electron interactions를 가진 유효한 Anderson lattice 모델로 투사한다.
• Bose-Fermi Anderson 모델을 해결하기 위해 extended dynamical mean-field theory (EDMFT)을 적용하여 Kondo 파괴와 RKKY 경쟁을 포착한다.
• 양자 임계점에서 국소 및 격자 스핀 감수성을 계산하여 스케일링 형태와 동적 지수를 추출한다.

Figure 1: Illustration of the lattice geometry, compact localized state, Wannier centers, and the qualitative phase diagram. a , Geometry of the kagome lattice with three sites per unit cell. The Wannier centers of the emergent Wannier orbitals are marked by the light-blue circles (centered at Wycko

실험 결과

연구 질문

• RQ1 평평한 밴드 물리학이 emergent molecular orbitals를 통해 Anderson/Kondo lattice 설명으로 인코딩될 수 있는가?
• RQ2 이러한 분자 오비탈의 orbital-selective Mott 전이가 이상한 금속 징후를 갖는 양자 임계점으로 이어지는가?
• RQ3 orbital-selective Mott QCP에서의 동적 징후(χ_loc, χ(q,ω))와 스케일링 특성은 무엇인가?
• RQ4 Kondo 스크리닝과 RKKY 상호작용 간의 경쟁이 디하이브리드화와 QCP를 가로질러 페르미 표면 점프를 어떻게 유도하는가?

주요 결과

• 분자 오비탈의 orbital-selective Mott 전이가 효과적 Anderson lattice 모델의 EDMFT 처리 내에서 확인된다.
• 양자 임계점은 ω에서 로깅적 발산을 갖는 χ_loc(ω)와 ω/(kB T) 스케일링을 갖는 χ(q,ω)을 보이며, 이는 상호작용적이고 Gaussian 초과의 임계성을 나타낸다.
• 연속적인 선택적 전이는 Kondo 파괴형 양자 임계점과 QCP를 가로지르는 페르미 표면 점프를 야기한다.
• 평평한 밴드 kagome 구조는 heavy-fermion 양자 임계성에 유사한 strange-metal 행태로의 경로를 제공하며, 비전통적 초전도성에 대한 잠재적 함의를 가진다.

Figure 2: Noninteracting bandstructure. a , The band structure of the two-orbital model in the original kagome lattice, with the parameter setting described in the Methods. b , The band structure for the middle two bands in the original Hamiltonian. The little group representations at high symmetry