凝聚态物理 > 强关联电子
[提交于 2025年8月26日
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标题: 3+1维单时间反演不变对称性保护的狄拉克费米子的无定理
标题: No-go theorem for single time-reversal invariant symmetry-protected Dirac fermions in 3+1d
摘要: 我们采用一种称为异常匹配的通用方法,推导出费米子格点模型的新无结果定理。 对于我们的主要结果,我们证明时间反演不变的3+1维格点系统(如狄拉克和外尔半金属)永远无法容纳一个低能对称性保护的狄拉克费米子(或节点),即它必须始终以更高多重态的形式出现,或者需要微调。 该定理适用于非相互作用和相互作用系统,只要电磁$U(1)_{V,{\rm UV}}$对称性是微观对称群$G_{\mathrm{UV}}$的正规子群;这一条件在物理$U(1)_{V,{\rm UV}}$保持的格点模型中非常普遍。 为了表明我们的定理是紧致的,我们还探讨了已知和新的系统,这些系统是无结果定理的反面,通过放弃某些假设得到,例如破坏时间反演对称性(磁性外尔半金属)、非紧致非在位$U(1)$(几乎局部狄拉克节点模型)、无对称性保护(微调狄拉克半金属),或多个低能狄拉克节点(时间反演不变的外尔和狄拉克半金属)。 我们还将明确证明,虽然该定理严格禁止单一的时间反演不变对称性保护的狄拉克节点,但在某些情况下允许其他奇数个狄拉克节点,例如在Fu-Kane-Mele金刚石晶格模型中的三个狄拉克节点。 这类似于针对奇数个不同电荷的手征费米子的Nielsen-Ninomiya定理,如果满足某些异常抵消条件,它们的格点实现是允许的。
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