[論文レビュー] Odd Frequency Density Waves

Yaron Kedem, Alexander V. Balatsky|arXiv (Cornell University)|Jan 28, 2015

Organic and Molecular Conductors Research被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、量子多体系における隠れた秩序の新しい形式、奇数周波数密度波を導入する。ここでは、相対的時間および周波数に関して異常な粒子-空孔相関が奇数であるため、静的な電荷またはスピン密度調制が存在しない動的な秩序が生じる。主な貢献は、非自明な時間順序相関を通じてこのような状態を同定する理論的枠組みの構築であり、Kubo公式を用いた密度-密度および電流-電流相関関数を通じて実験的検出を提案する。

ABSTRACT

A new type of hidden order in many body systems is explored. This order appears in states which are analogues to charge density waves, or spin density waves, but involve anomalous particle-hole correlations that are odd in relative time and frequency. These states are shown to be inherently different from the usual states of density waves. We discuss two methods to experimentally observe the new type of pairing where a clear distinction between odd and even correlations can be detected: (i) by measuring the density-density correlation, both in time and space and (ii) via the conductivity which, according to the Kubo formula, is given by the current-current correlation. An order parameter for these states is defined and calculated for a simple model, illuminating the physical nature of this order.

研究の動機と目的

• 静的でない相関を含む多体系における秩序パラメータのLandau-Ginzburg原理の拡張。
• 相対的時間および周波数に関して奇数である異常な粒子-空孔相関を特徴とする、新しい隠れた秩序のクラスの同定。
• 等時順序パラメータに依存する従来の電荷密度波およびスピン密度波とは異なり、この奇数周波数密度波を区別すること。
• 時間および周波数依存の相関関数に基づく実験的検出戦略の提案。
• 超伝導体およびBECを超えて、奇数周波数秩序を含む理論的枠組みの確立、簡単なモデルにおける秩序パラメータの定義。

提案手法

• 時間順序粒子-空孔相関を記述するため、異常グリーン関数 Δq(k,τ) = ⟨Tτ[a†k+q(τ)ak(0)]⟩ を形式化する。
• Δq(k,τ) = −Δq(k,−τ) という奇数周波数条件を課すことにより、等時期待値が消えることを保証し、したがって静的密度調制が生じないことを確実にする。
• 簡単なモデルにおける秩序パラメータを導出し、4kf の動量移動を伴う電子-空孔相関に起因することを示す。
• Kubo公式を用いて密度-密度および電流-電流相関関数を分析し、実験的シグネチャを同定する。
• Wickの定理を用いて四演算子平均を二演算子相関の積に分解し、それらを奇数周波数グリーン関数に関連付ける。
• 電流-電流相関を奇数周波数異常相関にマッピングし、電導度測定による直接的な実験的プローブを確立する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 静的電荷またはスピン密度調制が存在しないが、非自明な時間順序相関を示すような、多体系における新しい種類の動的秩序が存在しうるか？
• RQ2 奇数周波数粒子-空孔相関は、密度-密度やスピン密度波と比較して、どのように相関関数の観点から区別できるか？
• RQ3 標準的な静的測定では検出できないにもかかわらず、奇数周波数密度波の存在を特定するのにはどのような実験的観測量が有効か？
• RQ4 このような状態における秩序パラメータの構造は何か？ そして、従来の密度波秩序パラメータとはどのように異なるか？
• RQ5 電流-電流および密度-密度相関関数は、基礎となる相関の奇数周波数性をどのように反映するか？

主な発見

• 奇数周波数密度波状態は、等時には消えるが非等時では有限のまま残る異常粒子-空孔相関によって特徴づけられ、動的で隠れた秩序を示す。
• 秩序パラメータ Δq(k,τ) は時間に関して奇数であるため、Δq(k,0) = 0 が成り立ち、従来の静的密度調制が排除される。
• Kubo公式を用いて導出した電流-電流相関関数は、奇数周波数グリーン関数を直接プローブすることができ、測定可能なシグネチャを提供する。
• 密度-密度相関は非自明な時間的および空間的依存性を示し、等時調制が存在しないにもかかわらず、秩序の動的性質を明らかにする。
• 簡単なモデルにおける秩序パラメータは、4kf の動量移動を伴う電子-空孔相関に起因することが示され、観測された相関関数と整合的である。
• この枠組みは、超伝導体およびBECにとどまらず、密度波を含む奇数周波数秩序を拡張し、量子材料における隠れた秩序の新たな候補を示唆する。