有效场论、三圈微扰展开及其在石墨烯多体效应中的实验启示
介观与纳米尺度物理
2014-07-01 v4 高能物理 - 理论
摘要
本文从连续有效场论的角度，通过超越标准的领头阶微扰重整化群 (RG) 分析，理论研究了单层石墨烯中的多体电子 - 电子相互作用效应。鉴于石墨烯中的裸精细结构常数为单位量级，既不够小以证明微扰展开的合理性，也不够大以适用强耦合理论，因此该问题十分困难，与 2+1 维强耦合量子电动力学 (QED) 有某些相似之处。在这项工作中，我们采取系统且全面的分析方法，主要在狄拉克点（本征石墨烯）处工作，将图式展开推进至三圈，以既确定微扰理论的有效性，又定量估计高阶重整化效应。虽然尚未在实验中观察到狄拉克点处非费米液体行为的直接信号，但有充分证据表明，随着载流子密度趋近于零，存在相互作用引起的石墨烯速度重整化。我们利用裸相互作用和屏蔽相互作用 (RPA) 计算，对理论与实验进行了关键比较。我们发现，虽然单圈 RG 分析与实验数据给出了合理的吻合，特别是在通过 RPA 包含屏蔽和有限密度效应时，但双圈分析揭示了悬浮石墨烯中的强耦合临界点，标志着要么发生量子相变，要么弱耦合 RG 方法失效。我们通过将 Dyson 关于微扰 QED 失效的论证适配到石墨烯情形，表明后者更有可能。我们提出了未来的实验和理论方向，以在这一重要且困难的问题上取得进一步进展。
引用
@article{arxiv.1401.7011,
title = {Effective field theory, three-loop perturbative expansion, and their experimental implications in graphene many-body effects},
author = {Edwin Barnes and E. H. Hwang and R. E. Throckmorton and S. Das Sarma},
journal= {arXiv preprint arXiv:1401.7011},
year = {2014}
}
备注
60 pages, 28 figures, PRB version