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Thermodynamic and transport signatures of a fractionalized Fermi liquid

机译：分馏费米液体的热力学和传输特征

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Several heavy-fermion metals display a quantum phase transition from an antiferromagnetic metal to a heavy Fermi liquid. In some materials, however, recent experiments seem to find that the heavy Fermi liquid phase can be directly tuned into a non-Fermi liquid phase without apparent magnetic order. We analyze a candidate state for this scenario where the local moment system forms a spin liquid with gapless fermionic excitations. We discuss the thermal conductivity and spin susceptibility of this fractionalized state both in two and, in particular, three spatial dimensions for different temperature regimes. We derive a variational functional for the thermal conductivity and solve it with a variational ansatz dictated by Keldysh formalism. In sufficiently clean samples and for an appropriate temperature window, we find that thermal transport is dominated by the spinon contribution which can be detected by a characteristic maximum in the Wiedemann-Franz ratio. For the spin susceptibility, the conduction electron Pauli paramagnetism is much smaller than the spinon contribution whose temperature dependence in three dimensions is logarithmically enhanced as compared to the Fermi liquid result.
机译：几种重铁金属显示出从反铁磁金属到重费米液体的量子相变。但是，在某些材料中，最近的实验似乎发现，重费米液相可以直接调谐成非费米液相而无明显的磁序。我们分析了这种情况的候选状态，在这种情况下，局部矩系统形成了具有无间隙铁电激发的自旋液体。我们讨论了这种分馏态的热导率和自旋磁化率，分别针对两个空间维度（尤其是三个空间维度）针对不同的温度状态。我们推导了热导率的变分函数，并使用由Keldysh形式主义规定的变分ansatz来解决它。在足够干净的样品中，并在合适的温度范围内，我们发现热传递受旋子贡献的支配，该贡献可以通过维德曼-弗朗兹比的特征最大值来检测。对于自旋磁化率，传导电子Pauli顺磁性远小于自旋子贡献，与费米液体结果相比，其在三个维度上的温度依赖性在对数上提高。

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  • 来源
    《Physical review》 |2011年第23期|p.235107.1-235107.13|共13页
  • 作者

    Andreas Hackl; Ronny Thomale;

  • 作者单位

    Department of Physics, California Institute of Technology, Pasadena, California 91125, USA;

    Department of Physics, Princeton University, Princeton, New Jersey 08544, USA;

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