[논문 리뷰] Extended Dynamical Mean Field Theory for Correlated Electron Models

Haoyu Hu, Lei Chen외 1명|arXiv (Cornell University)|2022. 10. 25.

Rare-earth and actinide compounds인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 국소적(예: 허버드) 및 비국소적(예: RKKY) 상호작용을 동시에 갖는 강한 상관 전자계를 연구하기 위한 비임계적 프레임워크로 확장된 동적 평균장 이론(EDMFT)을 제시한다. 국소적 콘도 스크리닝과 장거리 RKKY 상호작용 간의 동적 경쟁을 고려함으로써 EDMFT는 양자临계점에서 콘도 파괴를 밝혀내며, 이는 준입자 붕괴와 플랑크 상수 척도의 스케일링을 초래한다. 이는 중성금속 및 철기 초전도체와 토폴로지적 평탄한 밴드에서 궤도 선택적 모트 물리에 응용된다.

ABSTRACT

An overarching question in strongly correlated electron systems is how the landscape of quantum phases emerges from electron correlations. The method of extended dynamical mean field theory (EDMFT) has been developed for clean lattice models of the correlated electrons. For such models, not only onsite Hubbard-like interactions are important, but so are intersite interactions. Importantly, the EDMFT method treats the interplay between the onsite and intersite interactions dynamically. It was initially formulated for models of the two-band Anderson-lattice type with intersite interactions, as well as for the one-band Hubbard type with intersite Heisenberg-like terms that are often called Hubbard-Heisenberg models. In the case of Kondo lattice models, the EDMFT method incorporates a dynamical competition between the local Kondo and intersite Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida (RKKY) interactions. In these models, the EDMFT-based analyses led to the notion of Kondo destruction, which has played a central role in the understanding of quantum critical heavy fermion metals. In this article, we summarize the EDMFT method, and survey its applications, particularly for Kondo/Anderson lattice models. We also discuss the prospect for further developing the EDMFT method, as well as for applying it to address the correlation physics in a variety of new settings. Among the latter are the orbital-selective Mott physics that arises both in iron-based superconductors and in frustrated bulk systems with topological flat bands.

연구 동기 및 목표

• 국소적 상호작용과 비국소적 상호작용을 동시에 갖는 상관 전자 모델을 위한 비임계적 프레임워크를 개발하기 위해.
• 콘도/앤티어슨 격자 모델에서 국소적 콘도 상호작용과 비국소적 RKKY 상호작용 간의 동적 경쟁을 다루기 위해.
• 중성금속계에서 양자임계점에서 준입자 붕괴와 플랑크 상수 척도의 스케일링이 어떻게 발생하는지 설명하기 위해.
• EDMFT를 철기 초전도체 및 토폴로지적 평탄한 밴드를 갖는 운동적 억제 시스템을 포함한 새로운 양자물질로 확장하기 위해.
• GW+EDMFT 접근법을 통해 첫 번째 원리 전자 구조 계산을 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• EDMFT는 표준 DMFT을 확장하여 주파수 및 운동량에 의존하는 비국소적 상호작용(예: RKKY)을 동적으로 포함한다.
• 이 방법은 국소적 상호작용(예: 콘도)과 비국소적 스핀 교환 항(예: 헤이젠베르크/RKKY)을 모두 포함한 임펄스 문제를 자가일관적으로 해결한다.
• 국소적 스크리닝과 장거리 자성 상관관계 간의 상호작용을 포착하기 위해 동적 자기에너지 접근법을 사용한다.
• 임펄스 해법자로 양자 몬테카를로 또는 정확한 대각화를 사용하고, 격자에 대한 운동량 적분은 자가일관성 조건을 통해 수행된다.
• GW+EDMFT 하이브리드 방법은 국소적 GW 자기에너지의 부분을 EDMFT로 유도된 국소적 자기에너지로 대체하여 첫 번째 원리 전자 구조 계산을 수행한다.
• 새로운 설정에서는 궤도 혼합과 토폴로지적 평탄한 밴드를 갖는 모델에 EDMFT를 적용하여 궤도 선택적 모트 전이를 연구한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 국소적 콘도 상호작용과 비국소적 RKKY 상호작용 간의 동적 경쟁이 중성금속계에서 양자상전이를 어떻게 이끌어내는가?
• RQ2 콘도 파괴는 양자임계점에서 준입자 붕괴와 플랑크 상수 척도의 스케일링이 어떻게 발생하는가?
• RQ3 EDMFT는 상호 궤도 혼합과 스핀 교환 상호작용이 존재하는 철기 초전도체에서 궤도 선택적 모트 전이를 기술할 수 있는가?
• RQ4 운동적 억제된 거대체계에서 토폴로지적 평탄한 밴드가 넓은 도체 밴드와 결합된 경우 EDMFT는 어떻게 상관 물리적 현상을 포착하는가?
• RQ5 GW+EDMFT 접근법은 강한 상관 물질에서 첫 번째 원리 전자 구조 계산의 정확도를 어느 정도 향상시킬 수 있는가?

주요 결과

• EDMFT는 콘도 파괴가 국소적 콘도 스크리닝과 비국소적 RKKY 상호작용 간의 동적 경쟁으로 인해 발생하며, 이는 양자임계점에서 준입자 무게 붕괴를 초래함을 드러낸다.
• 이 방법은 양자임계점에서 큰 Fermi 표면에서 작은 Fermi 표면으로의 급격한 변화를 예측하여, 페르미 액체 거동의 붕괴를 시사한다.
• EDMFT는 자기에너지에서 플랑크 상수 척도(ℏω/kB T)의 스케일링을 포착하여, 양자임계점 근처에서 비페르미 액체 역학을 나타낸다.
• 철기 초전도체에서는 EDMFT가 상호 궤도 혼합과 비국소적 스핀 교환 상호작용에 의해 유도되는 궤도 선택적 모트 물리 연구를 위한 프레임워크를 제공한다.
• 토폴로지적 평탄한 밴드 시스템에서는 도체 밴드와 결합될 때 효과적인 궤도 선택적 모트 전이가 예측되며, 이는 새로운 상관 효과 기반 현상을 시사한다.
• GW+EDMFT 접근법은 국소적 GW 자기에너지의 부분을 EDMFT 결과로 대체함으로써 비임계적, 첫 번째 원리 전자 구조 계산을 가능하게 하여, 상관 물질에서의 정확도를 향상시킨다.