[论文解读] Dynamic Scaling of Holographic Spin Fluctuations

M. J. Luo|arXiv (Cornell University)|May 15, 2012

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用 1

一句话总结

本文提出了一种准二维体系中强耦合临界自旋涨落的全息对偶描述，利用非高斯固定点解释了交流自旋磁化率的普遍动态标度行为。在大N和大't Hooft极限下，推导出普遍频率/温度标度定律，为实验中观测到的异常非费米液体行为提供了非微扰解释，超越了自旋密度波理论的适用范围。

ABSTRACT

Criticality with strong coupling is described by a theory in the vicinity of a non-Gaussian fixed point. The holographic duality conjectures that a theory at a non-Gaussian fixed point with strong coupling is dual to a gravitational theory. In this paper, we present a holographic theory in treating the strongly coupled critical spin fluctuations in quasi-2-dimension. We show that a universal frequency over temperature scaling law is a rather general property of the critical ac spin susceptibility at strongly coupled limit. Explicit results for the dynamic scaling of spin susceptibility are obtained in large-N and large 't Hooft limit. We argue that such critical scaling are in good agreement with a number of experiments, some of which can not be explained by any perturbative spin-density-wave theory. Our results strongly suggest that the anomalous behavior of non-Fermi liquids in materials is closely related to the spin fluctuations described through the non-Gaussian fixed point. The exotic properties of non-Fermi liquids can be viewed as the Fermi liquids coupling to strongly coupled critical spin fluctuations.

研究动机与目标

• 理解强关联电子系统中异常非费米液体行为的起源。
• 解决微扰自旋密度波理论在解释自旋涨落实验观测时的局限性。
• 建立强耦合下临界自旋涨落的全息对偶框架。
• 推导强关联、准二维体系中交流自旋磁化率的普遍动态标度律。
• 通过非高斯固定点将非费米液体的奇异性质与临界自旋涨落联系起来。

提出的方法

• 利用全息对偶将非高斯固定点处的强耦合量子场论映射到引力理论。
• 在大N和大't Hooft极限下，解析计算动态自旋磁化率。
• 从引力对偶推导频率/温度标度律，假设存在强耦合临界点。
• 在具有临界固定点的全息模型背景下分析交流自旋磁化率。
• 应用AdS/CFT对应关系描述准二维体系中的临界自旋涨落。
• 建立普遍标度行为与非费米液体中准粒子激发缺失之间的联系。

实验结果

研究问题

• RQ1 在强耦合、临界自旋涨落下，交流自旋磁化率的普遍动态标度行为是什么？
• RQ2 全息对偶框架如何在超越微扰方法的背景下描述临界自旋涨落？
• RQ3 非高斯固定点在多大程度上能够解释非费米液体材料中的实验异常？
• RQ4 强耦合在产生自旋响应中普遍频率/温度标度行为方面起到什么作用？
• RQ5 费米液体与临界自旋涨落的耦合如何导致奇异的非费米液体行为？

主要发现

• 在强耦合下，动态自旋磁化率中出现与微观细节无关的普遍频率/温度标度律。
• 该标度行为在大N和大't Hooft极限下被解析推导，证实了其鲁棒性。
• 全息模型成功解释了微扰自旋密度波理论无法解释的实验数据。
• 非高斯固定点为理解非费米液体中准粒子描述的失效提供了自洽框架。
• 结果表明，非费米液体的奇异性质源于与强关联、临界自旋涨落的耦合。
• 动态标度是全息对偶下非高斯固定点附近体系的普遍特征。