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凝聚态物理 > 强关联电子

arXiv:2507.17840 (cond-mat)
[提交于 2025年7月23日 ]

标题: 层状 Lindhard 金属和奇异金属中等离子体模式的比较分析

标题: Comparative analysis of plasmon modes in layered Lindhard metals and strange metals

Authors:Niels de Vries, Jin Chen, Eric Hoglund, Xuefei Guo, Dipanjan Chaudhuri, Jordan Hachtel, Peter Abbamonte
摘要: 神秘的奇异金属仍然是21世纪科学中最重要的未解问题之一。 理解这种物质相需要动量和能量分辨的动态电荷敏感度, $\chi(q,\omega)$,尤其是在有限动量下。 非弹性电子散射 (EELS),在透射(T-EELS)或反射(R-EELS)几何结构中进行,是研究 $\chi(q,\omega)$的强大探针。 对于典型的奇异金属Bi$_2$Sr$_2$CaCu$_2$O$_{8+x}$,T-EELS、R-EELS和红外(IR)光谱在 $q \sim 0$处一致,都显示出接近1 eV的强烈阻尼等离子体。 在较大的$q$时,EELS 结果显示出未解决的差异。 由于 IR 数据具有高度可重复性,因此使用 IR 数据来计算在适度的$q$下预期的 EELS 响应是有利的。 基于先前的 R-EELS 工作 [J. Chen\textit{等.}, Phys. Rev. B.\textbf{109}, 045108 (2024)],我们将这种方法扩展到有限金属层堆栈的 T-EELS,将一个“教科书”式的 Lindhard 金属与一种奇异金属进行比较。 在 Lindhard 情况下,低$q$响应由因层间库仑耦合产生的寿命较长的驻波等离子体模式主导,其面内色散类似于层状金属中众所周知的 Fetter 模式。 这种行为仅依赖于几何结构和库仑相互作用的长程性质,对层细节不敏感。 在较大的$q$时,响应反映了单个层的微观特性。 对于奇异金属,基于 IR 数据的计算预测了一个高度阻尼的等离子体,其色散较弱且没有明显表面模式。 虽然我们的结果在低$q$时与 IR 和 R-EELS 相符,但在大$q$时并未再现任何已发表的 EELS 光谱,突显出未解决的差异,需要进一步的实验研究。
摘要: The enigmatic strange metal remains one of the central unsolved problems of 21st century science. Understanding this phase of matter requires knowledge of the momentum- and energy-resolved dynamic charge susceptibility, $\chi(q,\omega)$, especially at finite momentum. Inelastic electron scattering (EELS), performed in either transmission (T-EELS) or reflection (R-EELS) geometries, is a powerful probe of $\chi(q,\omega)$. For the prototypical strange metal Bi$_2$Sr$_2$CaCu$_2$O$_{8+x}$, T-EELS, R-EELS, and infrared (IR) spectroscopy agree at $q \sim 0$, all revealing a highly damped plasmon near 1 eV. At larger $q$, however, EELS results show unresolved discrepancies. Since IR data are highly reproducible, it is advantageous to use IR data to calculate what the expected EELS response should be at modest $q$. Building on prior R-EELS work [J. Chen \textit{et al.}, Phys. Rev. B. \textbf{109}, 045108 (2024)], we extend this approach to T-EELS for finite stacks of metallic layers, comparing a "textbook" Lindhard metal to a strange metal. In the Lindhard case, the low-$q$ response is dominated by long-lived, standing wave plasmon modes arising from interlayer Coulomb coupling, with in-plane dispersions that resemble the well-known Fetter modes of layered metals. This behavior depends only on the geometry and the long-ranged nature of the Coulomb interaction, and is largely insensitive to layer details. At larger $q$, the response reflects the microscopic properties of individual layers. For the strange metal, calculations based on IR data predict a highly damped plasmon with weak dispersion and no distinct surface mode. While our results match IR and R-EELS at low $q$, they do not reproduce any published EELS spectra at large $q$, highlighting unresolved discrepancies that demand further experimental investigation.
评论: 10页,4图
主题: 强关联电子 (cond-mat.str-el) ; 超导性 (cond-mat.supr-con)
引用方式: arXiv:2507.17840 [cond-mat.str-el]
  (或者 arXiv:2507.17840v1 [cond-mat.str-el] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.17840
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Niels De Vries [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 7 月 23 日 18:09:26 UTC (678 KB)
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