Casimir effect for fermions on the lattice

格子上のフェルミオンにおけるカシミール効果

中山 勝政*; 鈴木 渓   

Nakayama, Katsumasa*; Suzuki, Kei

本来のカシミール効果は連続時空上に存在する量子場から創発する物理現象であり、理論的にも信頼性の高い定式化が達成されているが、「格子」上に定義された空間(例えば、固体の結晶構造など)において、カシミール効果に相当する物理現象を定式化し、その性質を明らかにすることは重要なテーマである。本会議録では、格子上の様々な量子場に起因するカシミール効果の性質に関する近年の研究成果について報告する。まず、格子空間上のカシミールエネルギーを定義し、格子上のフェルミ粒子の一種であるウィルソン・フェルミオンによるカシミール効果が連続時空上のディラック粒子によるものと極めて似た性質となることを示す。さらに、CdAsやNaBiなどのディラック半金属を記述する有効ハミルトニアンを用いた解析により、この系のカシミールエネルギーが半金属薄膜の厚さの関数として振動することを示す。また、電子系に磁場をかけることで生じるランダウ量子化による影響や格子上の非相対論的量子場によるカシミール効果の性質についても報告する。

The conventional Casimir effect has been studied in the continuous spacetime, but to elucidate its counterpart in the lattice space is an important subject. Here, we discuss various types of Casimir effects for quantum fields on the lattice. By using a definition of the Casimir energy on the lattice, we show that the Casimir effect for the Wilson fermion is similar to that for the continuous Dirac fermion. We apply our definition to an effective Hamiltonian describing Dirac semimetals, such as CdAs and NaBi, and find an oscillatory behavior of the Casimir energy as a function of film thickness of semimetals. We also study contributions from Landau levels under magnetic fields and the Casimir effect for nonrelativistic particle fields on the lattice.