[论文解读] Odd Frequency Density Waves

Yaron Kedem, Alexander V. Balatsky|arXiv (Cornell University)|Jan 28, 2015

Organic and Molecular Conductors Research被引用 5

一句话总结

本文提出了一类量子多体系统中新型的隐藏序——奇频密度波，其特征为在相对时间和频率上为奇性的异常粒子-空穴关联，从而形成无静态电荷或自旋密度调制的动力学序。核心贡献是建立了一个理论框架，通过非平凡的时间有序相关性识别此类态，并提出通过采用Kubo公式计算密度-密度和电流-电流相关函数来实现实验探测。

ABSTRACT

A new type of hidden order in many body systems is explored. This order appears in states which are analogues to charge density waves, or spin density waves, but involve anomalous particle-hole correlations that are odd in relative time and frequency. These states are shown to be inherently different from the usual states of density waves. We discuss two methods to experimentally observe the new type of pairing where a clear distinction between odd and even correlations can be detected: (i) by measuring the density-density correlation, both in time and space and (ii) via the conductivity which, according to the Kubo formula, is given by the current-current correlation. An order parameter for these states is defined and calculated for a simple model, illuminating the physical nature of this order.

研究动机与目标

• 将序参数的朗道-金兹堡范式扩展至包含多体系统中动力学、非静态相关性的范畴。
• 识别一类由在相对时间与频率上为奇性的异常粒子-空穴关联表征的新隐藏序态。
• 将此类奇频密度波与依赖于等时序参数的常规电荷密度波和自旋密度波区分开来。
• 基于时间与频率依赖的相关函数，提出实验探测策略。
• 建立一个超越超导态与玻色-爱因斯坦凝聚的奇频序的理论框架，包括对简单模型定义的序参数。

提出的方法

• 形式化异常格林函数 Δq(k,τ) = ⟨Tτ[a†k+q(τ)ak(0)]⟩，以描述时间有序的粒子-空穴关联。
• 施加奇频条件 Δq(k,τ) = −Δq(k,−τ)，确保等时期望值为零，从而排除静态密度调制。
• 推导简单模型的序参数，表明其源于动量转移为 4kf 的电子-空穴关联。
• 利用Kubo公式分析密度-密度和电流-电流相关函数，以识别实验信号。
• 运用Wick定理将四算符平均值分解为两算符相关积，将其与奇频格林函数关联。
• 将电流-电流相关函数映射至奇频异常相关，建立通过电导率测量直接探测的实验路径。

实验结果

研究问题

• RQ1 在多体系统中是否存在一种新型动力学序，其缺乏静态电荷或自旋密度调制，但仍表现出非平凡的时间有序相关性？
• RQ2 在相关函数的描述下，奇频粒子-空穴关联如何与常规电荷或自旋密度波相区分？
• RQ3 鉴于此类态在标准静态测量中不可见，哪些实验可观测量可探测奇频密度波的存在？
• RQ4 此类态的序参数结构为何？其与常规密度波序参数有何不同？
• RQ5 电流-电流与密度-密度相关函数如何反映其底层关联的奇频特性？

主要发现

• 奇频密度波态由在等时为零但在非等时仍保持有限的异常粒子-空穴关联表征，暗示其为动力学、隐藏序。
• 序参数 Δq(k,τ) 在时间上为奇函数，确保 Δq(k,0) = 0，从而排除常规静态密度调制。
• 通过Kubo公式导出的电流-电流相关函数可直接探测奇频格林函数，提供可观测信号。
• 密度-密度相关函数表现出非平凡的时间与空间依赖性，揭示了该序的动力学本质，尽管其无等时调制。
• 在简单模型中，序参数被证明源于动量转移为 4kf 的电子-空穴关联，与观测到的相关函数一致。
• 该框架将奇频序的范畴从超导态与BEC扩展至密度波，为量子材料中的隐藏序提供了新候选。