清华姚宏Nature子刊：费米子激发量子临界点

【引言】

在紧密相关的多体系统中，衡量量子相移过程中量子事件的行为是现代凝聚态物理学中的重点和挑战性问题之一。由于Landau和Ginzburg，通过阶数参数提供了对相变的普遍了解，其非零期望值可以表征具有较低对称性的阶段。足够接近过渡点，大距离和长时间的阶次参数波动主导了这种相变附近的物理学，并通过阶数参数的连续场理论来描述。结合威尔逊的重整化组（RG）理论，这种复杂的Landau-Ginzburg-Wilson（LGW）相变模式在理解相关多体系统中的二阶相变中取得了巨大成功，包括超导体，密度波化合物和电子 - 特洛伊液晶。Landau立方标准表明，当Landau-Ginzburg（LG）自由能的对称性允许立方体秩序参数允许时，连续相变也被禁止。人们自然会提出这样的问题：是否存在持续的过渡违反LG Land自由能中立方的Landau标准？

【成果简介】

近日，清华大学的姚宏研究员（通讯作者）等人在Nat. Commun.上发表了题为“Fermion-induced quantum critical points”的文章。在这篇文章中，研究工作者通过重整化群分析，发现二维量子相变可以在相互作用的二维狄拉克半金属的一阶跃迁中发生。由于这种类型的Landau禁止量子临界点是由无能隙的费米子引起的，故可称之为费米子激发量子临界点。作者进一步介绍了以狄拉克半金属和Kekule价键固体之间转变为特征的蜂窝晶格上的SU(N)费米子的微观模型。大规模的Majorana量子蒙特卡罗模拟为对于N = 2,3,4,5,6的费米子激发量子临界点提供了令人信服的证据，与重整化群分析的结果一致。最后，作者讨论了实现石墨烯和类石墨烯材料中费米子激发量子临界点的实验方法。

【图文导读】

图一：费米子激发量子临界点（FIQCP）

根据Landau立方标准，转变被定为一阶，因为在Landau-Ginzburg理论中对称性允许三阶晶序参数。然而，它可以通过耦合到无质量的狄拉克费米子而被诱导成二级。该FIQCP为违反Landau立方标准的转换提供了一个实例。

图二：耦合常数的重整化群流

临界表面r = r_c中唯一稳定的固定点由红点表示，这是表示FIQCP的Gross-Neveu-Yukawa定点。此外，由于费米子和玻色子的速度趋同，因此在FIQCP中出现Lorentz对称性。

图三：由QMC模拟得到的量子相图

通过大规模的Majorana量子蒙特卡罗（QMC）模拟，获得N = 2,3,4,5,6蜂窝状晶格上SU(N)费米子模型的量子相图。

图四：Binder比率和数据折叠分析

(a) 对于N = 3，具有不同J / t和不同L的粘合剂比率。

(b) 根据缩放关系的数据折叠被用于确定ν。

【小结】

在这篇文章中，作者通过Majorana QMC模拟和大N RG分析，通过耦合到2 + 1维度中的N个无质量狄拉克费米子，将一阶相变驱动为连续的一阶相变。这是第一次证明2 + 1维度的FIQCP作为量子相变过程违反了Landau立方标准。研究为量子临界点提供了新的见解，并为LGW范式的外界量子相转变铺平了道路。

文献链接：Fermion-induced quantum critical points（Nat. Commun.2017，DOI: 10.1038/s41467-017-00167-6）

本文由材料人编辑部计算材料组daoke供稿，材料牛整理编辑。

材料牛网专注于跟踪材料领域科技及行业进展，这里汇集了各大高校硕博生、一线科研人员以及行业从业者，如果您对于跟踪材料领域科技进展，解读高水平文章或是评述行业有兴趣，点我加入材料人编辑部。

仪器设备、试剂耗材、材料测试、数据分析，上测试谷!