Semimetal de Weyl y velocidad de Fermi

En un semimetal de Weyl, el teorema de Nielson-Ninomiya impone el hecho de que el número de puntos de Weyl de quiralidad positiva y negativa debe ser igual.

¿Hay alguna restricción en la forma de los puntos de Weyl? Es decir, dado un par de puntos de Weyl, ¿puede el punto de quiralidad positiva tener una velocidad de Fermi diferente a la del punto de quiralidad negativa (en ausencia de simetrías que relacionen a los dos)?

Si es cierto que se permite que las velocidades de Fermi sean diferentes, ¿hay alguna consecuencia física de esta diferencia?

Respuestas (1)

La existencia de los fermiones de Weyl parece depender de la estructura repetitiva de la red cristalina, específicamente de la simetría de traducción. Según el párrafo tres de este documento , parece que los puntos de Weyl incluso acomodarán defectos en los semimetales de Weyl.

Se imponen puntos de Weyl de quiralidad positiva y negativa iguales en un semimetal de Weyl como una forma de garantizar que no acumule carga quiral espontáneamente de los arcos de Fermi. Cualquier cosa que haga para disminuir la velocidad de Fermi de una quiralidad provocará que otras 'células' simétricas traslacionales interactúen con el par interrumpido para recuperar el equilibrio de carga/momento.

Según la charla (a las 13:00) dada aquí por Carlo Beenakker, los conos individuales de Weyl pueden parecer tener una corriente unidireccional. La carga se conserva por la interacción de los conos izquierdo y derecho en la masa. En la situación que discute, tal vez haya un número par de conos a la izquierda y a la derecha en la masa, pero no están distribuidos uniformemente; esto crea una 'diferencia de potencial químico quiral'.

La idea es que la carga desigual permita que aparezca corriente desigual en distancias cortas. Los cambios en la corriente producen un campo magnético medible denominado 'Efecto magnético quiral', que se analiza (a las 17:00). No parece existir evidencia experimental de CME de CCPD. Sin embargo , las simulaciones por computadora y las mediciones indirectas sugieren que la teoría CCPD es válida.

Dado que los fermiones de Weyl de ambas quiralidades no tienen masa, viajarán a la misma velocidad a través de un gradiente eléctrico o un campo magnético cambiante. El orador propone un experimento que puede producir evidencia de CME (a las 23:10) que necesita un campo magnético semilla para influir en la dirección en que se doblan los arcos Fermi de izquierda y derecha.

No parece posible acelerar preferentemente una corriente quiral sin usar un CCPD, lo cual no está confirmado experimentalmente. La siembra de campo magnético propuesta afectará a los fermiones de Weyl por igual porque tienen la misma masa (cero).

Contraste esto con los electrones y los huecos, donde la movilidad es diferente para cada 'partícula'.

Guardado de la discusión a continuación:

Considere el siguiente ejemplo simplificado: "Tenemos 1 'coulomb' de fermiones weyl de quiralidad derecha y 2 'culombios' de fermiones weyl de quiralidad izquierda disponibles para un subgrupo de átomos en un semimetal weyl, que tiene una quiralidad equilibrada en masa.

representación CCPD

Diferencia de potencial químico quiral con sección transversal.

R : ¿El 'quiralstático?' La repulsión producida por sus respectivos gradientes de concentración hace que una corriente de 1 'amperio' de fermiones quirales rectos viaje (más rápido) a través de un 10 metro metro 2 sección transversal del semimetal weyl a medida que 1 'amperio' de fermiones quirales izquierdos viaja (más lento) en la dirección opuesta durante un corto período de tiempo. B : Esto sucede hasta que las quiralidades aún están desequilibradas (.50 'culombios a la derecha' , .50 'culombios a la izquierda' ) pero tienen gradientes de concentración desiguales, de modo que todo el flujo posterior tiene I norte mi T = 0,25 'amperios' fermiones quirales izquierdos".

Este ejemplo simplifica el flujo de corriente de lo que obviamente sería un número cambiante a un número constante, pero todavía hay dos períodos distintos. A tiene la misma corriente, entonces por METRO a gramo F i mi yo d = m o ∗ I 2 ∗ pag i ∗ d la sección transversal portadora de corriente no tiene campo magnético. B tiene una corriente desigual, lo que produce un campo magnético temporal. B sería una consecuencia física observable, pero se origina en la velocidad más rápida de la corriente quiral derecha. Tiene su origen en la corriente neta de 0,25 'amperios' quirales izquierdos durante la etapa B.

La etapa A tiene un campo magnético neto de cero porque la corriente quiral izquierda densa aparece magnéticamente opuesta a los fermiones quirales derechos del marco de referencia menos contraídos que van más rápido .

¿Alguna sugerencia sobre cómo mejorar esta respuesta, tal vez estaba preguntando sobre semimetales sin defectos?
Esta respuesta no tiene suficiente rigor; parece ser en su mayoría conjeturas. Por ejemplo, no se da ninguna explicación sobre cuál es la relación entre las pseudobrechas y la restricción de quiralidad. Se supone que se mantiene la simetría de traducción, ya que ni siquiera puede tener una estructura de banda, y mucho menos un semimetal de Weyl, sin ella.
Se ha eliminado la especulación sobre los psuedogaps y se ha reformulado la discusión previa a la charla de Carlo Beenakker para centrarse en la carga quiral (o la desigualdad de manos).
La pregunta es sobre la teoría de un semimetal de Weyl, no tanto sobre el estado experimental. Esto no responde a la pregunta sobre las velocidades de Fermi ni a las posibles consecuencias teóricas observables. Como nota al margen, existe evidencia (controvertida) de CME en las mediciones de magnetorresistencia.
En mi opinión, ninguna aceleración preferencial de la corriente quiral significa que no hay diferencia en la velocidad de Fermi para Weyl Fermions. (No quiere decir que la velocidad sea aceleración de ninguna manera). Si pudiera acelerar preferentemente las corrientes quirales, la consecuencia observable sería un campo magnético quiral o efectos magnéticos quirales . (Por favor notifíqueme si esto debe agregarse a mi respuesta).
No estoy de acuerdo. Por ejemplo, una población diferente de fermiones que se mueven hacia la izquierda y hacia la derecha con diferentes velocidades puede conducir a una corriente neta cero.
Lo siento, ¿con qué parte no estás de acuerdo? Estoy de acuerdo con su último comentario con respecto a la corriente neta. [Los comentarios no son para discusiones extensas, pero no sé si tengo las herramientas para mover esto a un cliente de chat.]
No estoy de acuerdo con la afirmación "sin aceleración preferencial de corriente quiral significa que no hay diferencia en la velocidad de Fermi".
No, mi punto es que has argumentado que las velocidades de Fermi son las mismas, y no estoy de acuerdo con que puedas sacar esa conclusión de tu argumento. El objetivo de la segunda mitad de la pregunta es preguntar qué sucede si las velocidades de Fermi son diferentes, por lo que si son iguales, se vuelve discutible. En última instancia, esta es una pregunta sobre las restricciones matemáticas en la forma de los nodos de Weyl a partir de algún hamiltoniano de celosía, en el espíritu del teorema de nielson-ninomiya.
He absorbido mis últimos tres comentarios en mi respuesta, léalo porque ahora supongo que puede cambiar la velocidad de los fermiones weyl. No tengo la experiencia para modelar matemáticamente un hamiltoniano de celosía de asimetría local como una excepción al teorema de nielson-ninomiya no-go, pero creo que puede lograr una velocidad desigual utilizando gradientes de concentración.
El punto completo del punto de Weyl es que la estructura de la banda es lineal (localmente) cerca del punto de Weyl, por lo que la velocidad de Fermi en cada punto de Weyl es fija. No creo que puedas cambiar la velocidad de Fermi cambiando el potencial químico.
"-El objetivo de la segunda mitad de la pregunta es preguntar qué sucede si las velocidades de Fermi son diferentes, por lo que si son las mismas se vuelve discutible". ¿Está buscando una diferencia inducida por potencial químico no quiral en Fermi velocidad y una consecuencia observable?
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