Konsistentní popis spektrálních a termodynamických vlastností v systémech se silnou elektronovou interakcí

Spolehlivý popis nízkoteplotních vlastností tranzitivních kovů, lanthanoidů a aktinoidů se silně korelovanými valenčními a vodivostními elektrony vyžaduje použití neporuchových metod moderní kvantové statistické fyziky a teorie pole. Dnes standardně používané schéma Bayma a Kadanoffa konstrukce termodynamicky konsistentních přiblížení není schopno garantovat korelaci renormalizace hmoty a náboje, to jest, že veškerá elektromagnetická interakce je generována pouze přítomnými nosiči elektrického náboje. To je důsledkem narušení vztahu mezi spektrální funkcí a termodynamickými funkcemi odezvy [1].
Ukázali jsme, že žádná přibližná řešení nemohou tento vztah splnit přesně. Podařilo se nám ale najít cestu, jak zaručit alespoň kvalitativní konsistenci mezi chováním spektrální funkce a termodynamických funkcí odezvy tak, aby kritické chování funkcí odezvy vedlo na odpovídající narušení symetrie spektrální funkce díky přechodem indukovanému vzniku nenulového parametru uspořádání [1].
Tento postup jsme demonstrovali na Andersonově modelu formování magnetického momentu na příměsi v kovovém prostředí. Silná elektronová korelace na příměsi vede na formování centrálního kvazičásticového pásu, jehož šířka exponenciálně klesá s rostoucí silou interakce, tak zvaný Kondův jev. Toto chování se podobným způsobem projeví i magnetické susceptibilitě, která podobně exponenciálně roste. Ukázali jsme, že v námi vyvinutém neporuchovém přiblížení tento exponenciální Kondův jev je konsistentně a kvalitativně správně popsán v souladu s exaktním řešením Betheho ansatzu jak ve spektrální funkci, tak v magnetické susceptibilitě [1,2]. Navržené obecné schéma konstrukce neporuchových přiblížení pro silně korelované elektronové systémy umožňuje přímé použití na rozlehlé systémy, kde dochází k kvantovým fázovým přechodům do magnetického neb supravodivého stavu. Konsistentní popis těchto přechodů v elektronových systémech

Figure 1 Dynamické formování magnetického momentu díky silnému odpuzování elektronů U na příměsi v kovu se projeví jako extrémně úzký centrální pás ve spektrální funkci. Pološířka centrálního pásu je nepřímo úměrná době života magnetického momentu. Vsuvka zobrazuje výřez zvětšeného centrální pásu s rostoucí silou interakce podle barev.

Figure 2 Lokální magnetická susceptibility ze spektrální funkce chiT musí být v konzistentním popisu nepřímo úměrné pološířce centrálního pásu spektrální funkce a v souladu s přesným řešením Betheho ansatzu, chiex Exponenciálně rostou se silou elektronové interakce. Standardní (nekonsistentní) přístupy buďto vedou na falešnou divergenci, chiHF, nebo vedou na špatnou asymptotiku v limitě silné interakce.

[1] V. Janiš, A. Kauch and V. Pokorný, Phys. Rev. B 95, 045108 (2017) 1-14.
[2] V. Janiš, V. Pokorný and A. Kauch, Phys. Rev. B 95, 165113 (2017) 1-12.