非线性光学响应的图解法及其在 Weyl 半金属中的应用
强关联电子
2019-01-16 v2 统计力学
摘要
非线性光学响应是包括周期固体在内的物理系统的关键探测手段。在无电子-电子相互作用时，可从 Bloch 电子的能带结构出发用标准微扰论计算，但所得公式往往庞大笨重，涉及来自中间态的许多能量分母。本文给出一种计算非线性响应的费曼图方法。该图解方法是一种系统执行微扰论的方式，常能给出更简短的推导，并自然地以物理过程解释非线性响应。将该方法应用于二阶响应，简洁地重得了二次谐波、位移电流的公式。我们随后将其应用于三阶响应，推导了三次谐波产生与光自聚焦的公式，可直接用于紧束缚模型。半经典 regime 下的三阶响应包含一个 Berry 曲率四极项，我们讨论了其重要性，包括对称性考量以及 Berry 曲率四极成为主导贡献的情形。该方法被用于计算模型 Weyl 半金属的三阶光学响应，我们发现一种在洁净材料中发散的新的拓扑贡献，以及与一种奇特线性特征共振的现象。
引用
@article{arxiv.1807.09285,
title = {Diagrammatic approach to nonlinear optical response with application to Weyl semimetals},
author = {Daniel E. Parker and Takahiro Morimoto and Joseph Orenstein and Joel E. Moore},
journal= {arXiv preprint arXiv:1807.09285},
year = {2019}
}
备注
v2 is as-published. This corrects several small error, particularly on second-order responses