[论文解读] Metallic quantum criticality enabled by flat bands in a kagome lattice

Lei Chen, Fang Xie+5 more|arXiv (Cornell University)|Jul 18, 2023

Topological Materials and Phenomena被引用 8

一句话总结

论文通过扩展的动态平均场理论（EDMFT）在两轨道Hubbard/Anderson框架下展示了在卡莫格格点晶格中分子轨道的轨道选择性Mott转变，从而在拓展的量子临界点上实现了具有怪异金属行为的金属性量子临界性。

ABSTRACT

Strange metals arise in a variety of platforms for strongly correlated electrons, ranging from the cuprates, heavy fermions to flat band systems. Motivated by recent experiments in kagome metals, we study a Hubbard model on a kagome lattice whose noninteracting limit contains flat bands. A Kondo lattice description is constructed, in which the correlation effects are captured by symmetry preserving and exponentially localized molecular orbitals. These compact molecular orbitals represent the local degrees of freedom that emerge from topological flat bands. We identify a quantum critical point at which quasiparticles are lost and strange metallicity emerges. Our theoretical work opens up a new route for realizing beyond-Landau quantum criticality, as well as the associated strange metallicity and emergent quantum phases.

研究动机与目标

• 研究平带卡莫格晶格中强相关的动机及其与怪异金属性的联系。
• 通过新兴的分子轨道发展平带卡莫格电子的轨道基描述。
• 为分子轨道构建一个Anderson/Kondo晶格框架以获取非微扰的量子临界性。
• 识别并表征分子轨道的连续性选择性Mott转变及其量子临界点。

提出的方法

• 在卡莫格晶格上构建带自旋轨道耦合（SOC）并具有z轴旋转对称性的双轨道Hubbard模型。
• 通过Wannier化过程识别新兴的分子轨道，得到在三角格子上的tight f和c轨道描述。
• 投影到有效的Anderson晶格模型，主导为局部f电子相互作用，c电子相互作用较弱。
• 应用扩展的动态平均场理论（EDMFT）求解Bose-Fermi Anderson模型，捕捉Kondo湮灭与RKKY竞争。
• 计算局部与晶格自旋易度以提取量子临界点处的尺度化形式与动态指数。

Figure 1: Illustration of the lattice geometry, compact localized state, Wannier centers, and the qualitative phase diagram. a , Geometry of the kagome lattice with three sites per unit cell. The Wannier centers of the emergent Wannier orbitals are marked by the light-blue circles (centered at Wycko

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以通过新兴的分子轨道将卡莫格晶格中的平带物理编码为Anderson/Kondo晶格描述？
• RQ2 这些分子轨道的轨道选择性Mott转变是否产生具有怪异金属性特征的量子临界点？
• RQ3 在轨道选择性Mott QCP处有哪些动力学特征（χ_loc, χ(q,ω)）和尺度化性质？
• RQ4 Kondo筛选与RKKY相互作用的竞争如何驱动去杂化与跨越QCP的费米面跃迁？

主要发现

• 在有效的Anderson晶格模型的EDMFT处理下，识别出分子轨道的轨道选择性Mott转变。
• 量子临界点表现出χ_loc(ω)的对数发散及χ(q,ω)的ω/(kB T)尺度化，指示相互作用且超越高斯临界性的特征。
• 一个连续的选择性转变导致Kondo湮灭型量子临界点，并在QCP处出现费米面跃迁。
• 平带卡莫格结构提供了通往怪异金属性行为的途径，类似于重费极化子的量子临界性，并对非常规超导性具有潜在影响。

Figure 2: Noninteracting bandstructure. a , The band structure of the two-orbital model in the original kagome lattice, with the parameter setting described in the Methods. b , The band structure for the middle two bands in the original Hamiltonian. The little group representations at high symmetry