[论文解读] Neel order and strong correlation in the doped two-dimensional Hubbard model

Takao Morinari|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 2002

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用 1

一句话总结

本研究通过鞍点方程和施温格玻色子平均场理论，研究了二维 Hubbard 模型中空穴掺杂对自旋反铁磁序（Neel order）的影响，以包含量子涨落。结果表明，与高温超导体中观察到的快速抑制相比，空穴跃迁对抑制 Neel 序无效，导致量子无序相的形成，该相在强耦合极限下退化为无自旋费米子与玻色子系统，且不包含规范场。

ABSTRACT

We investigate effects of doped holes' hopping on Neel order in the two-dimensional Hubbard model. Semiclassical staggered moments are computed by solving saddle point equations derived from a path-integral formalism. Effects of quantum fluctuations are taken into account by the Schwinger boson mean field theory. We argue that hopping of doped holes is ineffective in suppressing Neel order compared to rapid supprestion of Neel order in high-temperature superconductors. After destruction of Neel order, the quantum disordered phase sets in. Taking the strong coupling limit in the quantum disordered phase leads to a model of spinless fermions and bosons but no gauge field interaction.

研究动机与目标

• 理解掺杂空穴跃迁如何影响二维 Hubbard 模型中 Neel 序的稳定性。
• 评估量子涨落在空穴掺杂下对抑制 Neel 序的作用。
• 确定 Neel 序被破坏后形成的量子无序相的本质。
• 探索所得量子无序相在强耦合极限下的性质及其有效低能描述。

提出的方法

• 求解源自路径积分表述的鞍点方程，以计算半经典交错自旋矩。
• 应用施温格玻色子平均场理论，系统地引入超越经典极限的量子涨落。
• 分析空穴掺杂下的相图，识别 Neel 序被破坏后量子无序的起始点。
• 取量子无序相的强耦合极限，推导出无自旋费米子与玻色子的有效模型。
• 在最终的有效理论中排除规范场相互作用，从而获得简化的低能描述。

实验结果

研究问题

• RQ1 空穴跃迁在二维 Hubbard 模型中如何影响 Neel 序的稳定性？
• RQ2 在空穴掺杂下，量子涨落对 Neel 序的抑制程度如何？
• RQ3 Neel 序被破坏后形成的量子无序相的本质是什么？
• RQ4 在量子无序相的强耦合极限下，会涌现出何种有效低能理论？

主要发现

• 与高温超导体中观察到的快速抑制相比，空穴跃迁对抑制 Neel 序几乎无效。
• Neel 序仅在显著掺杂后被破坏，从而形成量子无序相。
• 量子无序相的强耦合极限下，得到一个无自旋费米子与玻色子的模型。
• 强耦合极限下有效理论不包含规范场相互作用。