Dirac费米子的动力学零模与反铁磁序的竞争单态相

在量子自旋系统中，单态相通常在反铁磁序附近发展。此类问题的典型情形出现在同时存在巡游费米子时。在本工作中，我们发展了一个理论框架来处理巡游系统中的这些竞争序，该系统由与 O(3) 非线性 sigma 模型强耦合的 Dirac 费米子描述。我们聚焦于二维空间，在此情形下，通过量子涨落使反铁磁序无序化后，奇异的隧穿事件（也称为(反)刺猬）可以在顺磁相中成核出竞争单态序。在非线性 sigma 模型场存在孤立刺猬构型的情况下，我们证明了费米子行列式消失，因为动力学欧几里得 Dirac 算符支持具有确定手性的费米子零模。这提供了一种抑制隧穿事件的拓扑机制。利用量子色动力学的方法，我们在磁量子相变附近评估了费米子行列式，此时反铁磁序参量场可以由刺猬与反刺猬的稀薄气体描述。我们展示了涌现单态序的精确本质如何由局域在刺猬与反刺猬上的相反手性动力学费米子零模之间的重叠决定。对于蜂窝晶格上的 Kondo-Heisenberg 模型，我们论证了自旋 Peierls 序与 Kondo 单态形成之间的竞争，从而阐明了其全局相图。我们还讨论了可以在这一通用框架内处理的其他物理问题。