[论文解读] A holographic strange metal with slowly fluctuating translational order

Andrea Amoretti, Daniel Areán+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 19, 2018

Quantum, superfluid, helium dynamics被引用 7

一句话总结

本文提出了一种具有缓慢涨落平动序的奇异金属全息模型，其中钉扎的密度波通过能隙声子导致一种新颖的弛豫机制，其阻尼率为 Ω ≃ G m²Ξ，其中 G 为剪切模量，Ξ 与热扩散率相关。该模型再现了线性温度依赖的电阻率和交流电导率中的Drude型峰，为铜氧化物中量子临界输运提供了一个统一的框架。

ABSTRACT

In this work, we uncover a universal relaxation mechanism of pinned density waves, combining Gauge/Gravity duality and effective field theory techniques. Upon breaking translations spontaneously, new gapless collective modes emerge, the Nambu-Goldstone bosons of broken translations. When translations are also weakly broken (eg by disorder or lattice effects), these phonons are pinned with a mass $m$ and damped at a rate $\Omega$, which we explicitly compute. This contribution to $\Omega$ is distinct from that of topological defects. We show that $\Omega\simeq G m^2\Xi$, where $G$ is the shear modulus and $\Xi$ is related to a diffusivity of the purely spontaneous state. This result follows from the smallness of the bulk and shear moduli, as would be the case in a phase with fluctuating translational order. At low temperatures, the collective modes relax quickly into the heat current, so that late time transport is dominated by the thermal diffusivity. In this regime, the resistivity in our model is linear in temperature and the ac conductivity displays a significant rearranging of the degrees of freedom, as spectral weight is shifted from an off-axis, pinning peak to a Drude-like peak. These results could shed light on transport properties in cuprate high $T_c$ superconductors, where quantum critical behavior and translational order occur over large parts of the phase diagram and transport shows qualitatively similar features.

研究动机与目标

• 理解具有平动对称性破缺系统的钉扎密度波的弛豫机制。
• 识别奇异金属中量子临界行为下电阻率与电导率的普遍机制。
• 将平动对称性破缺产生的涌现集体模与高温超导体中的输运性质联系起来。
• 在弱显式平动对称性破缺下，推导出能隙声子的定量阻尼率 Ω ≃ G m²Ξ。

提出的方法

• 利用规范/引力对偶性，对具有平动对称性破缺的强关联量子物质进行建模。
• 应用有效场论描述自发破缺平动对称性下Nambu-Goldstone模的低能动力学。
• 计算由于弱显式平动对称性破缺导致的能隙声子阻尼率 Ω，该机制与拓扑缺陷贡献相区别。
• 将阻尼率与剪切模量 G 及仅由自发破缺状态决定的扩散率相关参数 Ξ 相关联。
• 通过追踪集体模对热流的弛豫，分析晚期时间输运行为。
• 从完整的谱函数推导出电阻率与交流电导率，表明谱权重从非轴向钉扎峰向Drude峰转移。

实验结果

研究问题

• RQ1 在平动序涨落的系统中，钉扎密度波如何弛豫？
• RQ2 当平动对称性被弱破缺时，能隙声子的阻尼率 Ω 的起源是什么？
• RQ3 自发与显式平动对称性破缺之间的相互作用如何影响奇异金属中的输运行为？
• RQ4 为何该模型中电阻率与温度呈线性关系？
• RQ5 随着温度降低，交流电导率中的谱权重如何重新分布？

主要发现

• 能隙声子的阻尼率由 Ω ≃ G m²Ξ 给出，其中 G 为剪切模量，Ξ 与自发状态的热扩散率相关。
• 线性温度依赖的电阻率源于低能区集体模快速弛豫至热流。
• 交流电导率表现出谱权重从非轴向钉扎峰向低频区域的Drude型峰转移。
• 该模型捕捉了铜氧化物输运的关键特征，包括量子临界行为与异常标度。
• 该弛豫机制具有普适性，且不同于由拓扑缺陷引起的机制，其依赖于体模量与剪切模量的微小性。