[论文解读] Fermi liquids and non--Fermi liquids

H. J. Schulz|ArXiv.org|Mar 28, 1995

Advanced Condensed Matter Physics参考文献 7被引用 52

一句话总结

本文对比了高维系统中的费米液体行为与一维相互作用费米子系统中的非费米液体（Luttinger液体）行为。通过在高维使用朗道准粒子框架，在一维使用玻色化方法，本文表明自旋-电荷分离和幂律关联取代了准粒子激发，关键结果表明费米液体理论在一维中失效，并对高温超导体和Kondo系统具有重要意义。

ABSTRACT

Contents I. Introduction II. Fermi Liquids III. Renormalization group for interacting fermions IV. Luttinger liquids V. Transport in a Luttinger liquid VI. The Bethe ansatz: a pedestrian introduction VII. Conclusion and outlook

研究动机与目标

• 阐明非相互作用电子图像为何在强关联系统中，特别是在一维情况下失效。
• 对比高维中朗道费米液体理论与一维系统中准粒子激发的破缺。
• 通过玻色化形式阐明Luttinger液体行为的出现——其特征为自旋-电荷分离和幂律关联。
• 探讨非费米液体行为对高温超导体和Kondo效应的影响。
• 研究弱层间跃迁下准一维系统中从Luttinger液体到费米液体行为的交叉。

提出的方法

• 将朗道的唯象费米液体理论应用于描述高于一维的相互作用费米子系统，基于存在与非相互作用费米子性质相似的准粒子。
• 使用玻色化形式将一维相互作用电子气映射为非相互作用玻色子系统，从而精确求解Luttinger模型。
• 将一维系统的低能激发分析为集体电荷密度波和自旋密度波，而非单个粒子-空穴激发。
• 利用Lieb-Wu精确解研究一维Hubbard模型，识别出荷子（电荷载流子）和自旋子（自旋载流子）作为基本激发。
• 通过重整化群和标度论证，研究弱层间跃迁 $ t_{\perp} $ 下准一维系统中从Luttinger液体到费米液体行为的交叉。
• 回顾Kondo效应及其超屏敝版本作为非费米液体行为的实例，特别是在局域杂质系统中自旋磁化率发散的情形。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何非相互作用电子图像在一维相互作用费米子系统中失效？
• RQ2 Luttinger液体行为在何种条件下出现，它与费米液体行为有何不同？
• RQ3 在一维系统中自旋-电荷分离如何产生，其可观测后果是什么？
• RQ4 在准一维材料中，从Luttinger液体到费米液体行为的交叉由什么决定？
• RQ5 非费米液体行为在多大程度上可解释高温超导体异常正常态性质？

主要发现

• 在一维相互作用费米子系统中，由于粒子动力学的几何约束，费米液体特征的准粒子激发并不存在。
• 一维系统中的低能激发为集体模式——自旋密度波和电荷密度波——导致自旋-电荷分离。
• Luttinger液体中的关联函数表现出非普遍幂律衰减，与费米液体中的指数衰减形成对比。
• 一维Hubbard模型的精确解揭示了两种不同类型的准粒子：荷子（携带电荷）和自旋子（携带自旋），这些在费米液体理论中并不存在。
• 在弱层间跃迁 $ t_{\perp} $ 的准一维系统中，低温下预期发生从Luttinger液体到费米液体行为的交叉，交叉尺度由 $ t_{\perp} $ 决定。
• 在超屏敝Kondo效应中观察到非费米液体行为，其中局域自旋磁化率发散，表明费米液体固定点的破坏。