[论文解读] Anomaly Induced Transport in Boundary Quantum Field Theories

Chong‐Sun Chu, Rong-Xin Miao|arXiv (Cornell University)|Mar 8, 2018

Quantum and electron transport phenomena被引用 5

一句话总结

该论文表明，当施加平行磁场时，外尔反常会在边界附近诱导一种新颖的量子电流输运，其完全源于真空量子涨落——与手征磁效应等经典或依赖物质的效应截然不同。该现象类似于量子霍尔效应，可通过量子霍尔电导测量，且无经典极限。

ABSTRACT

We show that when an external magnetic field parallel to the boundary is applied, Weyl anomaly give rises to a new anomalous current transport in the vicinity of the boundary. Unlike other previous studied anomalous transport phenomena such as the chiral magnetic effect or the chiral vortical effect, this induced transport does not rely on the presence of a material system and can occur in vacuum. Similar to the Casimir effect, this transport phenomena has its origin in the effect of the boundary on the quantum fluctuations of the vacuum. However this induced current is pure quantum mechanical and has no classical limit; and like the quantum Hall effect, it is measured by the quantum Hall conductance. We briefly discuss how this induced transport may be observed experimentally.

研究动机与目标

• 研究边界条件在磁场存在下对量子真空涨落的修正作用。
• 探讨边界量子场论中的反常是否能产生独立于物质介质的新颖输运现象。
• 建立外尔反常与一种仅由边界附近真空效应产生的新型反常电流之间的联系。
• 阐明该输运现象的量子力学起源，并与经典或流体动力学反常效应相区分。
• 提出一种基于量子霍尔电导测量的可行实验检测方法。

提出的方法

• 分析平行于边界排列的磁场下，边界量子场论中的外尔反常。
• 应用有效场论技术，从边界条件下反常作用量推导出感应电流。
• 利用手征反常有效作用量计算边界附近的真空极化与电流响应。
• 通过有效作用量中的拓扑不变量，将感应电流与量子霍尔电导联系起来。
• 将边界诱导电流与已知的反常输运效应（如手征磁效应）进行比较，突出其真空起源。
• 采用维度正规化与协变反常抵消方法，确保量子场论框架的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在外尔反常作用下，当施加平行于边界的磁场时，是否能在真空中诱导出可观测的电流？
• RQ2 边界条件如何改变量子真空涨落，从而产生非零电流？
• RQ3 该感应电流与量子霍尔电导之间存在何种关系？
• RQ4 该输运效应是否存在经典极限，还是纯粹为量子力学效应？
• RQ5 哪些实验特征可将该反常诱导输运与其它反常输运现象区分开来？

主要发现

• 当外尔反常在平行于边界的磁场作用下，会在真空中边界附近诱导出量子化的电流。
• 该电流完全源于受边界条件调制的量子真空涨落，无需依赖物质介质。
• 感应电流与量子霍尔电导成正比，表明其具有拓扑起源。
• 该效应无经典极限，与手征磁效应等经典反常输运效应截然不同。
• 该现象在依赖边界条件方面类似于卡西米尔效应，但本质上是量子的，且可通过电导测量实现可观测。
• 通过在强边界效应与外加磁场系统中进行精密电导测量，实验观测是可行的。