[论文解读] Dynamical Kondo effect and Kondo destruction in effective models for quantum-critical heavy fermion metals

Ang Cai, Haoyu Hu+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 25, 2019

Rare-earth and actinide compounds参考文献 1被引用 7

一句话总结

本文表明，在量子临界重费米子金属的Kondo破坏相中，动力学Kondo效应——即在非零频率下局部f-磁矩与传导电子之间的非零自旋关联——依然存在。通过使用Bose-Fermi Kondo/Anderson模型，研究发现⟨S_f·s_c⟩的期望值在Kondo破坏量子临界点处连续变化，证明了动力学Kondo效应稳定了Kondo破坏相，并解释了YbRh2Si2和CeRhIn5等材料中增强的准粒子有效质量。

ABSTRACT

Quantum criticality in certain heavy-fermion metals is believed to go beyond the Landau framework of order-parameter fluctuations. In particular, there is considerable evidence for Kondo destruction: a disappearance of the static Kondo singlet amplitude that results in a sudden reconstruction of Fermi surface across the quantum critical point and an extra critical energy scale. This effect can be analyzed in terms of a dynamical interplay between the Kondo and RKKY interactions. In the Kondo-destroyed phase, a well-defined Kondo resonance is lost, but Kondo singlet correlations remain at nonzero frequencies. This dynamical effect allows for mass enhancement in the Kondo-destroyed phase. Here, we elucidate the dynamical Kondo effect in Bose-Fermi Kondo/Anderson models, which unambiguously exhibit Kondo-destruction quantum critical points. We show that a simple physical quantity---the expectation value $\langle {\bf S}_{f} \cdot {\bf s}_{c} angle$ for the dot product of the local ($f$) and conduction-electron ($c$) spins---varies continuously across such quantum critical points. A nonzero $\langle {\bf S}_{f} \cdot {\bf s}_{c} angle$ manifests the dynamical Kondo effect that operates in the Kondo-destroyed phase. Implications are discussed for the stability of Kondo-destruction quantum criticality as well as the understanding of experimental results in quantum critical heavy-fermion metals.

研究动机与目标

• 理解动力学Kondo效应在稳定重费米子系统中Kondo破坏量子临界性方面的作用。
• 解决在静态Kondo单重态幅度消失的情况下，Kondo破坏相中准粒子质量增强的悖论。
• 识别Kondo破坏量子临界点的连续且具有物理意义的序参量。
• 阐明静态Kondo单重态破坏与动力学Kondo关联持续存在的区别。
• 为量子临界重费米子材料中有效质量增强和异常标度行为提供微观解释。

提出的方法

• 分析具有明确Kondo破坏量子临界点的SU(2)对称和Ising各向异性Bose-Fermi Anderson模型。
• 计算局部f自旋与传导电子自旋算符点积⟨S_f·s_c⟩的期望值。
• 利用谱分解方法表明，非零⟨S_f·s_c⟩反映了非零频率下的动力学Kondo关联。
• 采用非微扰数值重整化群(NRG)和ε展开方法研究量子临界性。
• 与变分蒙特卡洛和平均场方法进行比较，突出其无法捕捉动力学Kondo效应的局限性。
• 使用多种诊断工具：Binder比、保真度敏感度和NRG谱分支，以确认连续量子相变的存在。

实验结果

研究问题

• RQ1 动力学Kondo效应是否在Kondo破坏相中持续存在，其如何被量化？
• RQ2 ⟨S_f·s_c⟩在Kondo破坏量子临界点处是否为连续函数？
• RQ3 ⟨S_f·s_c⟩能否作为Kondo破坏量子临界性的诊断工具？
• RQ4 尽管静态Kondo单重态缺失，动力学Kondo效应如何稳定Kondo破坏相？
• RQ5 量子临界重费米子金属Kondo破坏相中质量增强的微观起源是什么？

主要发现

• ⟨S_f·s_c⟩在Kondo破坏量子临界点处连续变化，表明自旋关联无不连续性。
• Kondo破坏相中非零⟨S_f·s_c⟩证实了非零频率下动力学Kondo关联的存在。
• 动力学Kondo效应稳定了Kondo破坏相，使得连续二级量子相变成为可能。
• 由于动力学Kondo关联，Kondo破坏相表现出增强的准粒子有效质量，与YbRh2Si2和CeRhIn5中的实验观测一致。
• 静态平均场图像无法捕捉动力学Kondo效应，这在变分蒙特卡洛研究AF_S相时⟨S_f·s_c⟩趋于零中得到证实。
• 多种诊断手段——包括ε展开、Binder比标度和保真度敏感度——均证实了连续Kondo破坏量子临界点的存在。