[논문 리뷰] Chiral Magnetic "Superfluidity"

Andrey V. Sadofyev, Yi Yin|arXiv (Cornell University)|2015. 11. 27.

Quantum, superfluid, helium dynamics인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 강한 자기장 하에서 편재성 있는 매질에서 무거운 불순물의 마찰 없는 유동을 가능하게 하는 새로운 초유체 상태인 '유비성 자기 초유체성'을 제안한다. 여기서 비정상적인 유비성 자기 전류는 마찰을 유도하지 않는다. 초유체성의 Landau 기준을 일반화함으로써, 자기장 방향의 종방향 운동이 유한 온도에서도 초유체성과 유사한 행동을 보임을 입증한다. 이는 전통적인 초유체성과 다름을 보인다.

ABSTRACT

We study a heavy impurity moving longitudinal with the direction of an external magnetic field in an chiral medium. Such system would carry a non-dissipative current of chiral magnetic effect associated with the anomaly. We show, by generalizing Landau's criterion for superfluidity, that the anomalous component which gives rise to the transport will {\it not} contribute to the drag experienced by an impurity. We argue on a very general basis that those systems with a strong magnetic field would exhibit the behavior of superfluidity -- the motion of the heavy impurity is frictionless, in analogy to the case of a superfluid. However, this superfluidity exists even for chiral media at finite temperature and only in the longitudinal direction with the magnetic field, in contrast to the ordinary superfluid. We will call this novel phenomenon as the Chiral Magnetic Superfluidity. We demonstrate and confirm our general results with two complementary examples: weakly coupled chiral fermion gases and strongly interacting chiral liquids.

연구 동기 및 목표

• 강한 자기장 하에서 편재성 매질이 중량 있는 불순물에 대해 초유체성과 유사한 거동를 나타낼 수 있는지 조사하기.
• 양자 이상성에 의해 유도되는 유비성 자기 효과가 마찰 없는 전류를 초래할 수 있는지 확인하기.
• 기존 초유체가 아닌 편재성 시스템에 대한 초유체성의 일반 기준을 수립하기.
• 약한 상호작용과 강한 상호작용을 보이는 편재성 매질 모두에서 이 현상의 타당성 검증하기.
• 이 새로운 초유체성의 방향성 및 온도 의존성 명확히 하기.

제안 방법

• 축성 이상이 있는 편재성 시스템에 대해 초유체성의 Landau 기준을 일반화하기.
• 편재성 매질 내에서 자기장 방향으로 움직이는 무거운 불순물에 작용하는 마찰력 분석하기.
• 효과적 장 이론과 유체역학적 접근법을 사용해 편재성 페르미 기체 모델링하기.
• 강한 결합 방법을 적용해 편재성 액체를 연구하고, 약한 결합 영역을 넘어선 결과 확인하기.
• 편재성 이상이 마찰에 기여하지 않는 비손실 전류를 생성하는 역할 분석하기.
• 가로 운동은 유사한 초유체성 행동를 보이지 않기 때문에, 종방향 운동에만 집중하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 강한 자기장 하에서 편재성 매질 내에서 중량 있는 불순물이 마찰 없는 운동을 경험할 수 있는가?
• RQ2 비정상적인 유비성 자기 전류가 움직이는 불순물에 작용하는 마찰력에 기여하는가?
• RQ3 유한 온도에서 편재성 매질에서 초유체성이 가능하며, 자기장 방향으로만 가능한가?
• RQ4 편재성 이상은 이러한 시스템에서 비손실 운반의 발생에 어떻게 기여하는가?
• RQ5 이 현상은 약한 상호작용과 강한 상호작용을 보이는 편재성 액체 모두에서 일관되게 기술될 수 있는가?

주요 결과

• 비정상적인 유비성 자기 전류는 자기장 방향으로 평행하게 움직이는 무거운 불순물에 작용하는 마찰력에 기여하지 않는다.
• 일반화된 Landau 기준의 결과로, 유한 온도에서도 유비성 자기 초유체성이 나타난다.
• 초유체성 거동는 엄격히 종방향적이다—자기장 방향과 일치하는 운동에서만 마찰 없는 유동이 관찰된다.
• 이 현상은 약한 결합 편재성 페르미 기체와 강한 상호작용 편재성 액체 양쪽 모두에서 견고하게 확인된다.
• 이 초유체성은 그 자체로 편재성과 자기장 의존성 덕분에 기존 초유체성과 근본적으로 다르다.
• 장기적 순서 없이도 에너지 손실 없이 비손실 운반을 지원하며, 이는 초유체성의 특징이다.