[논문 리뷰] Quantum Criticality and Dynamical Kondo Effect in an SU(2) Anderson Lattice Model

Haoyu Hu, Ang Cai외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 04. 09.

Rare-earth and actinide compounds참고 문헌 2인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 연속시간 양자 몽테카를로(CTQMC)를 활용한 확장된 동적 평균장 이론im(EDMFT)을 사용하여 SU(2) 대칭 아ند레센 격자 모형에서 양자临계 현상을 조사한다. 연구는 코히브런트한 양자상전이인 코히브런트한 Kondo 파괴 유형의 전이를 규명하고 스핀 동역학에서 $\omega/T$ 스케일링을 확인하며, 국소 얽힘 엔트로피와 스핀 교차상관관계를 통해 동적 Kondo 효과를 드러내어 전이의 연속성과 양자임계 시스템에서의 이질적인 중금속 화합물 행동을 설명한다.

ABSTRACT

Metallic quantum criticality often develops in strongly correlated systems with local effective degrees of freedom. In this work, we consider an Anderson lattice model with SU(2) symmetry. The model is treated by the extended dynamical mean-field theory (EDMFT) in combination with a continuous-time quantum Monte Carlo method. We demonstrate a continuous quantum phase transition, establish the ensuing quantum critical point to be of a Kondo-destruction type, and determine the anomalous scaling properties. We connect the continuous nature of the transition to a dynamical Kondo effect, which we characterize in terms of a local entanglement entropy and related properties. This effect elucidates the unusual behavior of quantum critical heavy fermion systems.

연구 동기 및 목표

• 강한 전자 상호작용을 가진 SU(2) 대칭 아ند레센 격자 모형에서의 양자임계 현상의 성격을 조사하기 위해.
• 일반적으로 1차 전이로 예상되는 연속적인 스핀 대칭을 유지하는 조건에서 연속적인 양자상전이가 발생하는지 확인하기 위해.
• 국소 자화모멘트와 도체 전자로 구성된 격자 환경에서 Kondo 효과와 그 파괴가 양자임계점(QCP)에서 수행하는 역할을 탐색하기 위해.
• QCP를 기준으로 국소 얽힘 엔트로피와 스핀 교차상관관계를 통해 동적 Kondo 효과를 특성화하기 위해.
• 관측된 양자임계 행동을 중금속 화합물 시스템과 Mott-Hubbard 물리학의 일반적 맥락, 특히 고온 초전도체와의 관련성과 연결하기 위해.

제안 방법

• 격자 모형을 자기일관적인 보스-페르미 아ند레센 이mpurity 모형으로 매핑하기 위해 확장된 동적 평균장 이론im(EDMFT)을 사용하였다.
• SU(2) 대칭을 유지하면서 초저온($T < 10^{-3}T_K^0$)에 접근 가능한 효과적 이mpurity 문제를 연속시간 양자 몽테카를로(CTQMC)로 해결하였다.
• 양자상전이에 걸쳐 동적 Kondo 효과의 진단과 그 진화를 조사하기 위해 국소 얽힘 엔트로피를 계산하였다.
• 스핀 교차상관관계 $\langle S^{z}s_c^{z}\rangle$와 비가역적 국소 스핀 자화율 $\chi_{\text{loc}}(i\omega_n)$를 계산하여 Kondo 파괴된 상에서의 지속적인 Kondo 상관관계를 탐지하였다.
• 실공간 스핀 상관관계 함수로부터 동적 스핀 상관관계를 추론하기 위해 크라머-크로니크 관계를 사용하였다.
• 스핀 동역학의 주파수 및 온도 스케일링을 분석하여 $\omega/T$ 스케일링을 확인하고 임계 지수를 추출하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 경쟁적인 Kondo 및 RKKY 상호작용이 존재하는 SU(2) 대칭 아ند레센 격자 모형에서 연속적인 양자상전이가 발생하는가?
• RQ2 전체 피에르 표면에서 준입자 무게가 사라지는 것으로 특징지어지는 Kondo 파괴 유형의 양자임계점이 존재하는가?
• RQ3 얽힘과 스핀 상관관계로 증명된 동적 Kondo 효과가 Kondo 파괴 전이를 넘어 어떻게 지속되는가?
• RQ4 QCP 근처의 스핀 동역학은 어떤 성질을 가지며, 비페르미 액체 행동이 예상되는 바와 같이 $\omega/T$ 스케일링을 따르는가?
• RQ5 동적 Kondo 효과가 비정상적인 중금속 화합물 행동, 예를 들어 발산하는 효과 질량과 피에르 표면 재구성과 같은 현상들을 설명할 수 있는가?

주요 결과

• 경쟁적인 Kondo 및 RKKY 상호작용이 존재하는 SU(2) 아ند레센 격자 모형에서의 양자상전이는 연속적임이 규명되었다.
• 양자임계점은 전역적으로 준입자 무게가 사라지는 Kondo 파괴 유형으로 확인되었다.
• 스핀 동역학은 $\omega/T$ 스케일링을 보이며, 비페르미 액체 행동과 양자임계 고정점에 의해 지배되는 임계성을 나타낸다.
• 국소 얽힘 엔트로피는 전이에 걸쳐 비정상적인 진화를 보이며, 동적 Kondo 효과의 존재를 확인한다.
• 교차상관관계 $\langle S^{z}s_c^{z}\rangle$는 QCP를 넘어서도 유한하게 유지되며, Kondo 파괴된 상에서도 동적 Kondo 시ング렛 상관관계가 지속됨을 보여준다.
• 비가역적 국소 스핀 자화율 $\chi_{\text{loc}}(i\omega_n)$는 파라자성 측면에서 QCP에 접근함에 따라 증가하며, Kondo 파괴된 영역에서 Kondo-시ング렛 변동의 증가를 시사한다.