[论文解读] On Induced Chern-Simons Term in P- and T-violating Superconductors

Jun Goryo, K. Ishikawa|arXiv (Cornell University)|Dec 29, 1998

Quantum, superfluid, helium dynamics被引用 3

一句话总结

本文证明，P-和T-破坏型超导体在吉茨堡-朗道作用量中诱导出一个陈-西蒙斯项，从而产生一种受拓扑影响的、规范不变的电磁响应。该系数近似等于精细结构常数，可实现一种无需外磁场的新型‘霍尔效应’，可能通过SQUID测量检测到。

ABSTRACT

We show in this letter that P- and T-odd terms of the electromagnetic potentials (P; parity, T; time reversal) are induced and lead an unusual phenomenon in P- and T-violating superconductors discovered recently. The Ginzburg-Landau action includes this term in the gauge invariant manner. The coefficient of the term is nearly topological invariant with a small correction and equals to the fine structure constant approximately. Unusual ``Hall effect'' {\it without external} magnetic field could be observed by SQUID.

研究动机与目标

• 研究超导体电磁响应中P-和T-奇项的出现机制。
• 理解这些项在吉茨堡-朗道框架下以规范不变方式的产生机制。
• 确定所诱导陈-西蒙斯系数的拓扑性质及其大小。
• 探讨物理后果，特别是无需外磁场的霍尔效应的实现。

提出的方法

• 通过对称性分析，推导包含P-和T-破坏项的等效吉茨堡-朗道作用量。
• 利用电磁势构造作用量中陈-西蒙斯项的规范不变形式。
• 证明陈-西蒙斯项的系数几乎是拓扑不变量，仅含微小修正。
• 证明该系数近似等于精细结构常数。
• 分析电磁响应，特别是横向电流响应，以揭示异常霍尔效应。
• 提出基于SQUID测量横向电压以探测该效应的方案。

实验结果

研究问题

• RQ1 P-和T-破坏项如何在超导体的吉茨堡-朗道作用量中出现？
• RQ2 在此背景下，所诱导的陈-西蒙斯项的规范不变结构是什么？
• RQ3 为何陈-西蒙斯项的系数近似等于精细结构常数？
• RQ4 由于该诱导项的存在，是否可在无外磁场的情况下实现霍尔效应？
• RQ5 该效应如何通过实验检测？

主要发现

• P-和T-破坏型超导体的吉茨堡-朗道作用量中，包含由P-和T-奇电磁势引起的规范不变陈-西蒙斯项。
• 陈-西蒙斯项的系数几乎是拓扑不变量，仅含微小修正，且近似等于精细结构常数。
• 所诱导的项导致横向电流响应，表现为一种无外磁场的异常霍尔效应。
• 该异常霍尔效应被预测可通过基于SQUID的测量检测到。
• 该效应源于超导态中的内在P-和T-破坏，而非外部场引起。