[论文解读] Holographic Fermions in Striped Superconductors

Sera Cremonini, Li Li+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 31, 2018

High-pressure geophysics and materials被引用 1

一句话总结

本文研究了在同时具有自发性与显式平动对称性破缺的条纹状超导体模型中全息费米子的行为。通过在具有离子晶格的引力背景中数值求解狄拉克方程，发现随着晶格强度的增加，费米面峰逐渐展宽并分裂为分离的弧段，即使在无自发条纹形成的情况下亦然，表明沿对称性破缺方向费米面被逐步抑制。

ABSTRACT

We examine the fermionic response in a holographic model of a low temperature striped phase, working for concreteness with the setup we studied in [Cremonini:2016rbd,Cremonini:2017usb], in which a U(1) symmetry and translational invariance are broken spontaneously at the same time. We include an ionic lattice that breaks translational symmetry explicitly in the UV of the theory. Thus, this construction realizes spontaneous crystallization on top of a background lattice. We solve the Dirac equation for a probe fermion in the associated background geometry using numerical techniques, and explore the interplay between spontaneous and explicit breaking of translations. We note that in our model the breaking of the U(1) symmetry doesn't play a role in the analysis of the fermionic spectral function. We investigate under which conditions a Fermi surface can form and focus in particular on how the ionic lattice affects its structure. When the ionic lattice becomes sufficiently strong the spectral weight peaks broaden, denoting a gradual disappearance of the Fermi surface along the symmetry breaking direction. This phenomenon occurs even in the absence of spontaneously generated stripes. The resulting Fermi surface appears to consist of detached segments reminiscent of Fermi arcs.

研究动机与目标

• 理解全息超导体中自发性与显式平动对称性破缺之间的相互作用。
• 研究离子晶格如何影响全息费米子系统中费米面的结构。
• 确定在U(1)与平动对称性均被破缺时，费米面形成的条件。
• 分析离子晶格在独立于U(1)对称性破缺的情况下对费米子谱函数的修正作用。

提出的方法

• 构建一个包含U(1)规范场和同时通过自发与显式方式破缺平动对称性的背景几何的全息模型。
• 在紫外区引入离子晶格以显式破缺平动对称性，而自发晶格化则通过背景几何实现。
• 在该弯曲时空背景下对探测费米子的狄拉克方程进行数值求解，以计算费米子谱函数。
• 分析谱函数以检测费米面峰及其展宽或分裂等特征。
• 通过将U(1)对称性破缺与费米子响应分析解耦，隔离离子晶格的影响。
• 分析聚焦于谱函数在平动对称性破缺方向上的动量空间结构。

实验结果

研究问题

• RQ1 通过离子晶格显式破缺平动对称性，如何影响全息超导体中费米面的形成与结构？
• RQ2 在无自发生成条纹的情况下，是否可仅因离子晶格的存在而出现费米弧？
• RQ3 离子晶格在多大程度上抑制或改变与费米面相关的谱权重峰？
• RQ4 自发与显式平动对称性破缺之间的相互作用如何改变低能区的费米子响应？
• RQ5 U(1)对称性破缺是否影响该模型中的费米子谱函数？

主要发现

• 离子晶格导致费米子谱函数中谱权重峰展宽，表明费米面被逐步抑制。
• 即使无自发条纹形成，强离子晶格亦导致费米面片段分裂为类似费米弧的分离结构。
• 由于晶格势的作用，费米面结构在平动对称性破缺方向上变得日益各向异性和带隙化。
• 在本模型中，U(1)对称性破缺对费米子谱函数无显著影响，从而可独立分离晶格效应。
• 狄拉克方程的数值解表明，晶格引起的修正与超导配对机制无关。
• 谱函数显示，随着离子晶格强度增加，费米面特征由尖锐逐渐转变为展宽且非相干的峰。