[论文解读] Non-Fermi liquid phase in metallic Skyrmion crystals

Haruki Watanabe, S. A. Parameswaran+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 26, 2013

Chemical and Physical Properties of Materials参考文献 3被引用 1

一句话总结

本文提出，由于巡游电子与拓扑有序磁背景之间的强耦合，金属自旋冰晶体中存在非费米液体相。通过场论方法，作者证明了自旋冰产生的规范场诱导出非费米液体行为，其比热的临界指数为 2/3，表明在量子临界点附近朗道准粒子描述发生破坏。

ABSTRACT

Haruki Watanabe, S. A. Parameswaran, 2 S. Raghu, 4 and Ashvin Vishwanath 5 Department of Physics, University of California, Berkeley, CA 94720, USA Department of Physics and Astronomy, University of California, Irvine, CA 92697, USA Stanford Institute for Theoretical Physics, Stanford University, Stanford, California 94305, USA SLAC National Accelerator Laboratory, 2575 Sand Hill Road, Menlo Park, CA 94025 Materials Science Division, Lawrence Berkeley National Laboratories, Berkeley, CA 94720

研究动机与目标

• 研究拓扑自旋纹理与巡游电子共存的金属自旋冰晶体中的电子响应。
• 确定自旋冰产生的涌现电磁场是否驱动电子谱中的非费米液体行为。
• 确定分隔费米液体与非费米液体相的量子临界点的性质。
• 分析拓扑序对低能费米面和准粒子性质的修正作用。

提出的方法

• 构建巡游电子与自旋冰晶格背景中涌现规范场耦合的低能有效场论。
• 采用平均场近似解耦电子-规范场相互作用，并推导有效准粒子能谱。
• 在大-N 极限下利用微扰论分析规范场涨落引起的自能修正。
• 计算比热与准粒子权重，以识别非费米液体的标度行为。
• 将比热的临界指数识别为非费米液体物理的特征。
• 绘制相图以定位费米液体与非费米液体相之间的量子临界点。

实验结果

研究问题

• RQ1 巡游电子与自旋冰晶体中涌现规范场的耦合是否导致非费米液体行为？
• RQ2 在量子临界点附近，比热等热力学量的标度行为如何？
• RQ3 自旋冰背景的拓扑性质如何改变电子的准粒子描述？
• RQ4 由于强规范场涨落，系统是否可能表现出朗道准粒子理论的破坏？
• RQ5 决定非费米液体相中比热发散的临界指数是什么？

主要发现

• 自旋冰晶体产生的涌现规范场在电子谱中诱导出非费米液体行为，低温下比热按 T^{2/3} 标度。
• 在量子临界点处，准粒子权重消失，表明朗道准粒子描述发生破坏。
• 临界指数 2/3 源于拓扑序与电子-规范场耦合的相互作用，与非费米液体固定点一致。
• 该系统表现出由调节自旋冰密度驱动的费米液体与非费米液体相之间的量子相变。
• 低能有效理论揭示了一个具有电子算符异常标度维数的非平凡固定点。
• 在大-N 极限下结果具有鲁棒性，表明自旋冰晶体是实现金属中非费米液体物理的有前途平台。