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Majorana spectroscopy of three-dimensional Kitaev spin liquids

机译：三维Kitaev旋转液体的马约拉纳光谱

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摘要

We analyze the dynamical response of a range of three-dimensional Kitaev quantum spin liquids, using lattice models chosen to explore the different possible low-energy spectra for gapless Majorana fermions, with either Fermi surfaces, nodal lines, or Weyl points. We find that the behavior of the dynamical structure factor is distinct in all three cases, reflecting the quasiparticle density of states in two fundamentally different ways. First, the low-energy response is either straightforwardly related to the power with which the low-energy density of states vanishes; or for a nonvanishing density of states, to the phase shifts encountered in the corresponding x-ray edge problem, whose phenomenology we extend to the case of Majorana fermions. Second, at higher energies, there is a rich fine structure, determined by microscopic features of the Majorana spectrum. Our theoretical results test the usefulness of inelastic neutron scattering as a probe of these quantum spin liquids: we find that although spin flips fractionalize, the main features of the dynamical spin response nevertheless admit straightforward interpretations in terms of Majorana and flux loop excitations.
机译：我们使用选择用于探索无间隙马洛纳纳费米子具有费米表面，结线或Weyl点的不同低能谱的晶格模型，分析了一系列三维Kitaev量子自旋液体的动力响应。我们发现动力学结构因子的行为在所有三种情况下都是不同的，以两种根本不同的方式反映了状态的准粒子密度。首先，低能响应要么直接与低能态密度消失的能力相关；要么与低能态消失的能力直接相关。或对于不消失的状态密度，在相应的X射线边缘问题中遇到的相移，我们将其现象学扩展到马里亚纳费米子的情况。第二，在较高的能量下，有一个丰富的精细结构，这由马约拉那光谱的微观特征决定。我们的理论结果测试了非弹性中子散射作为探测这些量子自旋液体的有用性：我们发现，尽管自旋翻转是零散的，但动态自旋响应的主要特征仍然允许就马约拉那和磁通回路激发进行简单的解释。

著录项

  • 来源
    《Physical review》 |2016年第23期|235146.1-235146.13|共13页
  • 作者

    A. Smith; J. Knolle; D. L. Kovrizhin; J. T. Chalker; R. Moessner;

  • 作者单位

    T.C.M. Group, Cavendish Laboratory, J. J. Thomson Avenue, Cambridge CB3 OHE, United Kingdom;

    T.C.M. Group, Cavendish Laboratory, J. J. Thomson Avenue, Cambridge CB3 OHE, United Kingdom;

    T.C.M. Group, Cavendish Laboratory, J. J. Thomson Avenue, Cambridge CB3 OHE, United Kingdom,National Research Centre Kurchatov Institute, 1 Kurchatov Square, Moscow 123182, Russia;

    Theoretical Physics, Oxford University, 1, Keble Road, Oxford OX1 3NP, United Kingdom;

    Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems, D-01187 Dresden, Germany;

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