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Kondo effect with Wilson fermions

ウィルソン・フェルミオンによる近藤効果

石川 力*; 中山 勝政*; 鈴木 渓 

Ishikawa, Tsutomu*; Nakayama, Katsumasa*; Suzuki, Kei

「ウィルソン・フェルミオン」と呼ばれる格子上のフェルミ粒子に対する近藤効果を記述する模型を構築し、様々な物理現象の予言・解明を行った。模型として、軽いウィルソン・フェルミオンと重いフェルミオンとの4点相互作用を含むカイラルGross-Neveu模型に対する平均場アプローチを用いた。結果として、ゼロ質量のウィルソン・フェルミオンからなる有限密度媒質において近藤効果が実現可能であることを示し、それに伴う近藤凝縮と軽いフェルミオン対の凝縮(スカラー凝縮)との共存相が存在可能であることを示した。このとき、スカラー凝縮が消える臨界的な化学ポテンシャルの値は近藤効果によってシフトする。さらに、負質量を持つウィルソン・フェルミオンにおいては、パリティ対称性が自発的に破れた相(Aoki phase)が生じることが知られているが、Aoki phaseが生じるパラメータ領域近傍で近藤効果も増幅されることを示した。本研究の発見は、ディラック半金属,トポロジカル絶縁体などの物質や、将来的な格子シミュレーションにおける不純物の役割を明らかにするために役立つことが期待される。

We investigate the Kondo effect with Wilson fermions. This is based on a mean-field approach for the chiral Gross-Neveu model including four-point interactions between a light Wilson fermion and a heavy fermion. For massless Wilson fermions, we demonstrate the appearance of the Kondo effect. We point out that there is a coexistence phase with both the light-fermion scalar condensate and Kondo condensate, and the critical chemical potentials of the scalar condensate are shifted by the Kondo effect. For negative-mass Wilson fermions, we find that the Kondo effect is favored near the parameter region realizing the Aoki phase. Our findings will be useful for understanding the roles of heavy impurities in Dirac semimetals, topological insulators, and lattice simulations.

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