[论文解读] One-dimensional fermi liquid and symmetry breaking in the vortex core

Yuriy Makhlin, G. E. Volovik|arXiv (Cornell University)|Oct 13, 1995

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates参考文献 1被引用 3

一句话总结

本文提出，超导体涡旋核心中局域化的费米子形成一维费米液体，导致通过自发放的自旋三重态p波配对实现对称性破缺。在低温下存在磁场时，这种不稳定性使涡旋核心形变为非对称形状，类似于电弱Z弦中的对称性破缺。

ABSTRACT

Fermions localized within vortex cores can form one-dimensional Fermi liquids. The nonzero density of states in these Fermi-liquids can lead to instability of the symmetric structure of the vortex core. We consider a symmetry breaking which is obtained due to spontaneous admixture of the spin-triplet p-wave component of the order parameter in conventional s-wave vortex in the presence of magnetic field. This occurs at low enough temperature and leads to an asymmetric shape of the vortex core. Similar phenomenon of the symmetry breaking induced by the core fermions occurs in electroweak $Z$-strings (S.G. Naculich, Phys. Rev. Lett., 75 (1995), 998).

研究动机与目标

• 研究局域费米子存在下超导体中涡旋核心结构的稳定性。
• 分析涡旋核心中一维费米液体行为如何导致自发对称性破缺。
• 探讨在磁场作用下，常规s波超导涡旋中自旋三重态p波配对的涌现机制。
• 建立涡旋核心不稳定性与高能物理中电弱Z弦对称性破缺之间的类比。
• 确定费米子关联导致涡旋核心呈现非对称形状的条件。

提出的方法

• 将涡旋核心建模为容纳束缚费米态的一维系统。
• 使用平均场理论分析涡旋核心中低能费米子的有效哈密顿量。
• 通过自发放混合p波配对通道进入s波序参量，引入对称性破缺项。
• 施加磁场以解除简并，并稳定核心中的p波分量。
• 使用类似BCS的理论描述由一维中非零态密度驱动的不稳定性。
• 通过高能理论中电弱Z弦解的类比，支持该机制的物理合理性。

实验结果

研究问题

• RQ1 涡旋核心中局域费米子能否形成具有非零态密度的一维费米液体，从而破坏对称的核心结构？
• RQ2 在何种条件下，s波涡旋核心中会自发产生自旋三重态p波配对？
• RQ3 外加磁场如何影响涡旋核心中的对称性破缺不稳定性？
• RQ4 态密度在驱动不稳定性向非对称核心形状演化中起什么作用？
• RQ5 涡旋核心不稳定性与电弱Z弦中的对称性破缺在多大程度上具有类比性？

主要发现

• 涡旋核心中局域费米子形成具有非零态密度的一维费米液体，从而引发不稳定性。
• 由于费米子关联，即使在s波背景中，涡旋核心也会自发混合自旋三重态p波配对。
• 对称性破缺导致涡旋核心呈现非对称形状，破坏原有的圆形对称性。
• 在低温下，外加磁场可稳定该不稳定性，有利于p波分量的形成。
• 该机制与电弱Z弦中的对称性破缺具有类比性，理论分析已证实其合理性。
• 该系统经历相变，进入由核心中非均匀序参量表征的破缺对称性态。