三维拓扑绝缘体表面上的向列相序

我们研究了由强电子-电子相互作用导致的三维拓扑绝缘体螺旋表面态中旋转对称性的自发破缺，重点关注时间反演不变的向列相序。由于表面态具有强自旋轨道耦合的特性，向列相序参量关于电子动量是线性的，且必然涉及电子自旋，这与自旋简并的向列相 Fermi 液体形成对比。对于处于 Dirac 点（零掺杂）的化学势，我们在零温下发现了各向同性与向列相 Dirac 半金属之间的一阶相变。这延伸为一个热相变，该相变在有限温度的三临界点处由一阶转变为二阶。在有限掺杂下，我们发现各向同性与向列相螺旋 Fermi 液体之间的相变即使在零温下也是二阶的。着眼于有限掺杂，我们讨论了向列相序的各种可观测效应，例如输运与自旋磁化率中的各向异性、自旋-动量锁定的部分破缺、集体模式与诱导的自旋涨落，以及量子临界点处和向列相中的非 Fermi 液体行为。