分层量子自旋-轨道模型中的分化、涌现SU(N)对称性与碎片化

我们提出了一系列分层量子自旋-轨道模型，作为研究分化、非传统对称性破缺有序形式及其可能共存性的平台。该模型由在正方形晶格上构建的N层系统组成，其中Kitaev型相互作用促进$\mathbb{Z}_2$量子自旋-轨道液体的形成，并通过 Ising自旋相互作用将不同层耦合在一起。使用 parton 构造方法，我们展示了这些哈密顿量在低能处可映射到$\pi$-flux正方形晶格上半填充的N分量费米鲁布模型。我们还展示了这些模型在所有到全相互作用耦合相等的极限下获得涌现SU($N$)对称性，并认为对于N>2，接近这一极限的系统有望实现一系列竞争相位。为说明这一点，我们在均值场理论下计算了有效的N=3费米鲁布模型的零温相图，发现包含交织有序和味道选择性局域化等丰富现象。将结果映射回原始自由度，发现基态实现了不同的磁性碎片化形式，其中轨道保持在量子液体状态，而自旋可以呈现常规的长程有序或由非平凡字符串序参量描述的非本地有序。我们指出了该构造的可能延伸，以及其提供不同分化量子临界点的具体微观模型的潜力。