[论文解读] Slow Fermions in Quantum Critical Metals

A. Liam Fitzpatrick, Shamit Kachru+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 21, 2014

Theoretical and Computational Physics参考文献 1被引用 3

一句话总结

本文研究了接近量子临界点的金属，其中费米子与无能隙玻色子强烈耦合。在 d ≈ 3 维空间中，将费米子与玻色子的速度比（v/c）调节至零时，识别出一个描述非费米液体的新红外固定点，其临界指数由威尔逊-费舍尔固定点决定，揭示了一类超越标准费米液体理论的新量子临界行为。

ABSTRACT

We study the low-energy behavior of metals coupled to gapless bosons. This problem arises in several contexts in modern condensed matter physics; we focus on the theory of metals near continuous quantum phase transitions (where the boson is the order parameter). In the vicinity of d=3 spatial dimensions, the upper critical dimension of the theory, the ratio of fermion and boson speeds, v/c, acts as an additional control parameter, enabling us to access IR fixed points where this ratio vanishes. This limit corresponds to a non-Fermi liquid coupled to bosons with critical exponents governed by the Wilson-Fisher fixed point.

研究动机与目标

• 理解在连续量子相变附近与无能隙玻色子耦合的金属的低能行为。
• 在费米子与玻色子速度之比（v/c）趋于零的量子临界金属中，识别新的红外固定点。
• 确定此类非费米液体固定点在 d ≈ 3 空间维度下的临界指数和普遍性质。
• 将威尔逊-费舍尔固定点框架扩展至包含临界金属相中强耦合费米子的情形。

提出的方法

• 分析在 d=3 维附近与序参量玻色子耦合的金属的量子场论。
• 使用重整化群技术，研究系统在 v/c 比值变化下的红外行为。
• 在 v/c → 0 的极限下，识别出一类新的固定点，此时费米子与玻色子动力学在红外区解耦。
• 在上临界维数 d=3 附近应用微扰与非微扰方法，以获取普遍标度行为。
• 推导 v/c → 0 极限下系统的临界指数，表明其由威尔逊-费舍尔固定点所控制。

实验结果

研究问题

• RQ1 当费米子速度相对于玻色子速度趋于零时，量子临界金属中低能固定点的本质是什么？
• RQ2 在 v/c → 0 的极限下，临界指数如何变化？它们是否仍由威尔逊-费舍尔固定点所支配？
• RQ3 当费米子与玻色子速度严重失配时，非费米液体态是否可能在接近量子临界性的金属中出现？
• RQ4 维度 d ≈ 3 在稳定此系统中新红外固定点的过程中起什么作用？
• RQ5 费米子与无能隙玻色子之间的耦合如何改变量子临界金属中的普遍标度行为？

主要发现

• 当费米子与玻色子速度比 v/c 趋近于零时，量子临界金属中出现一个新的红外固定点。
• 该固定点描述了一种与临界玻色子耦合的非费米液体态，具有普遍的临界指数。
• 在 v/c → 0 极限下的临界指数由威尔逊-费舍尔固定点所决定，表明存在普遍标度行为。
• 即使在无强无序或强相互作用的情况下，系统在红外区也表现出费米液体理论的失效。
• 上临界维数 d=3 允许访问该固定点，其中 v/c 比值作为量子临界性的控制参数。