[논문 리뷰] Origin and fate of the pseudogap in the doped Hubbard model

Fedor Šimkovic, Riccardo Rossi외 2명|arXiv (Cornell University)|2022. 09. 19.

Physics of Superconductivity and Magnetism참고 문헌 41인용 수 20

한 줄 요약

이 논문은 제어된 도식적 몬테카를로를 사용하여 도핑된 2D 허버드 모델의 유한 온도 위상 다이어그램을 매핑하고, 세 가지 영역(약하게 상관된 금속, 강하게 상관된 금속, 의사갭)을 식별하며 의사갭을 스핀 진동과 결국 0 온도에서의 스트라이프 순서와 연결합니다.

ABSTRACT

We investigate the doped two-dimensional Hubbard model at finite temperature using controlled diagrammatic Monte Carlo calculations allowing for the computation of spectral properties in the infinite-size limit and, crucially, with arbitrary momentum resolution. We show that three distinct regimes are found as a function of doping and interaction strength, corresponding to a weakly correlated metal with properties close to those of the non-interacting system, a correlated metal with strong interaction effects including a reshaping of the Fermi surface, and a pseudogap regime at low doping in which quasiparticle excitations are selectively destroyed near the antinodal regions of momentum space. We study the physical mechanism leading to the pseudogap and show that it forms both at weak coupling when the magnetic correlation length is large and at strong coupling when it is shorter. In both cases, we show that spin-fluctuation theory can be modified in order to account for the behavior of the non-local component of the self-energy. We discuss the fate of the pseudogap as temperature goes to zero and show that, remarkably, this regime extrapolates precisely to the ordered stripe phase found by ground-state methods. This handshake between finite temperature and ground-state results significantly advances the elaboration of a comprehensive picture of the physics of the doped Hubbard model.

연구 동기 및 목표

• 도핑된 2D 허버드 모델에서 도핑과 U에 따른 유한 온도 교차를 식별한다.
• 약하게 상관된 금속, 강하게 상관된 금속, 의사갭 영역을 특징화한다.
• 의사갭 형성의 자상 관련 길이 의존성을 결정한다.
• 비지역 자기에너지를 설명하기 위해 스핀 진동 이론을 수정할 수 있는지 탐구한다.
• 유한 온도 의사갭 거동을 0 온도의 스트라이프 순서와 연결한다.

제안 방법

• 열역학 한계에서 임의의 모멘텀 해상도를 갖는 제어된 도식적 몬테카를로를 사용한다.
• Analytic continuation 없이 A(k) 프록시 및 자기에너지로 스펙트럼 특성을 계산한다.
• 자기에너지를 로컬 부분과 비로컬 부분으로 분해하여 모멘텀 의존성을 분석한다.
• 치_sp에 Ornstein–Zernike 형태를 갖는 수정된 스핀 진동 영감 가정을 사용하여 비로컬 자기에너지를 적합한다.
• 적절한 경우 DMFT 및 DCA와 결과를 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 도핑된 2D 허버드 모델에서 약하게 상관된 금속, 강하게 상관된 금속, 의사갭 영역 사이의 유한 온도 교차는 무엇인가?
• RQ2 자기 상관성과 스핀 진동은 의사갭를 어떻게 유도하며 도핑과 U에 따라 이 양상이 어떻게 달라지는가?
• RQ3 수정된 스핀 진동 이론이 약한 결합과 강한 결합에서 의사갭 영역의 비로컬 자기에너지를 포착할 수 있는가?
• RQ4 0으로 갈 때 의사갭의 운명은 무엇이며 Ground-state 스트라이프 순서와 연결되는가?

주요 결과

• 세 가지 영역이 확인되었다: 약하게 상관된 금속, 강하게 상관된 금속, 그리고 낮은 도핑에서의 의사갭(PG).
• 의사갭은 자기 스핀 상관에서 기원하며 온도와 도핑에 따라 진화한다.
• 수정된 스핀 진동 프레임워크가 약한 결합에서 PG 영역의 비로컬 자기에너지를 설명할 수 있으며 강한 결합에서도 정성적으로 설명할 수 있다.
• 의사갭 경계가 0 K의 스트라이프 순서 결정 상태로 외삽되며 Ground-state 결과와의 ‘악수’를 시사한다.
• 페어링형 변화가 페르미 표면의 안티노드에서의 스펙트럼 가중치 감소 및 페르미 호를 형성하는 PG 영역과 함께 관찰된다.
• 페르미 표면 위상 변화의 라이피츠형과 스핀 진동의 상관 길이 의존성이 PG와 함께 나타난다.