磁场中的量子场论：从量子色动力学到石墨烯与狄拉克半金属

本文综述了由外磁场驱动的一系列量子场论现象及其在相对论性系统和准相对论性凝聚态系统（如石墨烯和狄拉克/外尔半金属）中的应用。我们首先介绍磁催化的底层物理。解释了外磁场中相对论性费米子低能动力学的维度约化，并强调其在催化自发对称性破缺中的作用。一般理论考量由量子电动力学、量子色动力学以及与凝聚态物理相关的准相对论模型中的磁催化分析加以补充。通过将磁催化的思想推广到非零密度和温度的情形，我们认为会出现其他有趣的现象。手征磁效应和手征分离效应或许是其中最有意思的。除了对手征磁效应和分离效应底层物理的一般讨论，我们还综述了它们在重离子碰撞和致密星中的可能唯象含义。我们还讨论了磁催化思想在描述单层和双层石墨烯量子霍尔效应中的应用，并得出结论：广义磁催化（包括磁催化凝聚体和量子霍尔铁磁体）是此现象的基础。我们也考虑外磁场如何影响一类三维准相对论性凝聚态系统即狄拉克半金属中的底层物理。虽然在足够低的温度和零载流子密度下，此类半金属预期展现磁催化状态，但在非零密度下实现了具有手征不对称的外尔半金属状态。