[논문 리뷰] Non-Fermi-liquid fixed point in multi-orbital Kondo impurity model relevant for Hund's metals

Alen Horvat, Rok Žitko외 1명|arXiv (Cornell University)|2019. 07. 16.

Rare-earth and actinide compounds인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 수치적 리노멀화군(NRG)을 사용하여 헌드 금속의 다중 오비탈 콘도 불순성 모형을 연구하여 스핀과 오비탈 스크리닝 사이의 중간 온도 영역을 지배하는 저에너지 고정점을 탐구한다. 비페르미 액체 두 채널 SU(3) 고정점이 오비탈 순화율에서 특별한 ω¹/⁵ 주파수 의존성과 스펙트럼 함수의 측면 피크를 보이며, 헌드 금속의 비구속 상태를 정밀하게 기술함으로써 이를 규명한다.

ABSTRACT

Due to the separation between the spin and the orbital screening scales, the normal state of Hund's metals at ambient temperature can be loosely characterized as a partially coherent state with fluctuating spins and quenched orbital moments. With the aim to characterize this situation more precisely, we investigate the Kondo-Kanamori impurity model that describes the low-energy local physics of three-orbital Hund's metals occupied by two or four electrons. Within this model one can diminish the mixed spin-orbital terms and thereby enhance the separation between the two screening scales, allowing a more precise investigation of the intermediate state. Using the numerical renormalization group we calculate the impurity entropy as well as the temperature and frequency dependence of the spin and the orbital susceptibilities. We uncover a non-Fermi-liquid two-channel overscreened SU(3) fixed point that controls the behavior in the intermediate regime. We discuss its fingerprints in the frequency dependence of local orbital susceptibility and the shape of the spectral function.

연구 동기 및 목표

• 스핀 플럭투에이션이 오비탈 모멘트가 억제되는 상태와 공존하는 헌드 금속의 중간 온도 상태를 정밀하게 특성화하기 위해.
• 강한 혼합 스핀-오비탈 결합이 없는 조건에서 분리된 스핀과 오비탈 콘도 스크리닝 척도의 역할을 조사하기 위해.
• 헌드 금속에 관련된 다중 오비탈 콘도 시스템에서 비구속 영역을 지배하는 저에너지 고정점을 규명하기 위해.
• 루테이트 및 철 페닐라이드와 같은 상관관계가 강한 산화물에서 비페르미 액체 거동을 이론적으로 기초화하기 위해.
• 고정점 물리학을 측정 가능한 스펙트럼 특징, 예를 들어 스펙트럼 함수의 측면 피크와 주파수 의존 오비탈 순화율 등과 연결하기 위해.

제안 방법

• 세 오비탈과 두 또는 네 전자를 가진 콘도-카나모리 불순성 모형을 수치적 리노멀화군(NRG)으로 해결하기 위해 사용된다.
• 혼합 스핀-오비탈 결합 항(J_ls)을 억제함으로써 스핀(T_K^S)과 오비탈(T_K^L) 스크리닝 척도 간의 분리를 극대화한다.
• 불순성 엔트로피, 스핀 및 오비탈 순화율, 스펙트럼 함수를 온도 및 주파수의 함수로 계산한다.
• 고정점 행동은 오비탈 순화율의 주파수 의존성과 스펙트럼 함수의 형태를 분석하여 규명된다.
• 기존의 비페르미 액체 고정점(예: 두 채널 SU(3), 세 채널 SU(2))와의 비교 및 잔류 엔트로피 계산을 포함한다.
• 입자-홀 대칭 고정점을 분리하기 위해 쿼드루폴 및 위치 스캐터링 항을 억제한 경우로 모델을 확장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 스핀과 오비탈 스크리닝 척도가 분리된 다중 오비탈 헌드 금속에서 중간 온도 영역을 지배하는 저에너지 고정점의 성질은 무엇인가?
• RQ2 비페르미 액체 영역에서 오비탈 순화율은 어떻게 행동하며, 주파수 의존성은 어떠한가?
• RQ3 비페르미 액체 고정점에 의해 단일 입자 스펙트럼 함수에 어떤 스펙트럼 특징이 나타나는가?
• RQ4 잔류 엔트로피와 불순성 엔트로피는 결합 매개변수의 함수로 어떻게 변화하며, 이는 고정점의 구조에 대해 어떤 의미를 갖는가?
• RQ5 비페르미 액체 물리학은 스트라텐산산산(Sr₂RuO₄)의 옵티컬 도전도에서 관측된 측면 피크와 같은 실험적 특징과 연결될 수 있는가?

주요 결과

• T_K^S < T < T_K^L 인 중간 온도 영역에서 지배 고정점으로 비페르미 액체 두 채널 SU(3) 고정점이 규명되었다.
• 비페르미 액체 영역에서 오비탈 순화율은 두 채널 SU(3) 고정점의 특징적인 ∝ ω¹/⁵ 거듭제곱 법칙 주파수 의존성을 보인다.
• N_d = 2일 경우 음의 주파수에서, N_d = 4일 경우 양의 주파수에서 스펙트럼 함수에 측면 피크가 나타나며, 이는 Sr₂RuO₄의 옵티컬 응답 관측 결과와 일치한다.
• 두 채널 SU(3) 고정점의 잔류 엔트로피는 S_imp0 ≈ 0.481로, 스핀 콘도 결합이 억제된 상태에서의 영온도 근처의 모델과 일치한다.
• 혼합 스핀-오비탈 결합 항(J_ls)이 억제되어야만 고정점이 안정하며, 이와 반대로 그렇지 않으면 입자-홀 대칭이 깨지고 고정점은 실현되지 않는다.
• 결과는 헌드 금속의 비구속 상태에 대해 정밀한 이론적 기초를 제공하며, 루테이트 및 관련 화합물에서 이상한 스펙트럼 및 반응 함수의 기원을 설명한다.