回転するQCD物質と物性系におけるトポロジカル輸送現象と相構造の普遍性

旋转QCD材料和物理系统中拓扑输运现象和相结构的普遍性

基本信息

批准号：
19J21593
负责人：
西村健太郎
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J21593/
关键词：
QCD相図トポロジカル物質低エネルギー有効理論

项目摘要

本年度はカイラル物質の電磁場への応答であるカイラル磁気効果や異常ホール効果を統一的に記述するトポロジカルな場の理論であるアクシオン項をトーションの存在する系への一般化を目指した。その際にカイラル運動論を用いたが外場に対して一次までの輸送しか記述できず、考えていた輸送現象は二次応答なので直接適用することが不可能であった。二次応答を記述するためには、外場に対してウィグナー関数を通常一次まで計算しているところを二次まで求める必要があった。回転する3フレーバーのバリオン物質の基底状態に関して、昨年度の論文JHEP07(2020)196でη’中間子のカイラルソリトン格子（CSL）状態になることを示したが、実はπ中間子を考慮することで新奇な基底状態になることを発見した。今回の解析では簡単のために２フレーバーを考え、軸性変換方向の中間子であるη中間子とπ中間子の両方を考慮した低エネルギー有効理論を用いた。その結果、η中間子とπ中間子の崩壊定数の差により、先行研究で考えたηCSL格子状態はπ中間子の揺らぎに対して不安定であることを示した。実現される基底状態は、回転軸の方向にアイソスピンの自由度をもつソリトンが反強磁性的に並んだ状態である。この状態はπ中間子部分が重要であることから非可換CSL格子状態と呼ぶことにした。更に非可換CSL状態はソリトンがダイマーを形成したダイマー相と完全に分離している非閉じ込め相に分類でき、ダイマー相は非閉じ込め相、従来知られていたηCSLとQCD真空三つの相と接しており、三重臨界点が存在することを発見した。励起状態もηCSLとは異なり、並進対称性の自発的破れに伴うフォノンと、アイソスピン対称性の自発的な破れに伴う別のギャップレスモードが生じる。更にη,π中間子に関するトポロジカル項によって非可換CSL状態はフェリ磁性、ηCSLはフェロ磁性になることを示した。

今年，我们的目标是推广轴子项，这是一种拓扑场论，统一描述了手性磁效应和反常霍尔效应，即手性材料对电磁场和存在扭转的系统的响应。当时使用的是手性动力学理论，但它最多只能描述相对于外场的一阶输运，而考虑的输运现象是二阶响应，因此无法应用直接地。为了描述二次响应，需要将外场的维格纳函数计算到二阶，而通常计算到一阶。关于旋转三味重子物质的基态，我们在去年的论文JHEP07(2020)196中表明，它变成了 η' 介子的手性孤子晶格（CSL）态，但实际上，通过考虑 π 介子，我们有发现一本小说我发现它处于基态。在此分析中，为简单起见，我们考虑了两种风格，并使用了低能有效理论，该理论考虑了 η 介子和 π 介子（轴向变换方向上的介子）。结果表明，由于η介子和π介子的衰变常数不同，前期研究中考虑的ηCSL晶格态对于π介子的涨落是不稳定的。实现的基态是具有同位旋自由度的孤子沿旋转轴方向反铁磁性地排列的状态。这种状态被称为非交换 CSL 晶格状态，因为 π 介子部分很重要。此外，非交换性CSL态可分为无约束相，其中孤子与形成二聚体的二聚体相完全分离，并且二聚体相与无约束相接触，这三种传统已知的ηCSL和QCD发现存在三重临界点。激发态也与ηCSL不同，并且产生由于平动对称性自发破缺而产生的声子和由于同位旋对称性自发破缺而产生的另一种无间隙模式。此外，我们还表明，由于与 η,π 介子相关的拓扑项，非交换 CSL 态变为亚铁磁态，并且 ηCSL 变为铁磁态。