稠密QCD物质的异常霍尔效应研究

"致密QCD物质中的异常霍尔效应" 这篇公开访问的文章“致密QCD物质中的异常霍尔效应”发表在Physics Letters B 785 (2018) 46–50期，由Toshitaka Tatsumi、Ryo Yoshiike和Kouji Kashiwab等人撰写，来自日本京都大学物理系、福冈工业大学和京都大学理论物理研究所。文章主要探讨了在量子色动力学（Quantum Chromodynamics，简称QCD）的高密度物质中，异常霍尔效应的出现及其机制。 异常霍尔效应是一种在没有外磁场作用下也能观察到的霍尔效应，它是材料拓扑性质的一种表现。在该研究中，作者利用Nambu–Jona-Lasinio模型作为QCD的有效模型，这是一种描述强相互作用粒子之间相互作用的理论模型。当介质中出现空间调制的手性缩合物，即双重手性密度波时，这一现象会导致单粒子能谱中出现两个Weyl点。Weyl点是拓扑缺陷，它们在能带结构中起着关键作用。 Weyl半金属是一种特殊的拓扑材料，其内部存在类似于相对论性Weyl费米子的准粒子。在这种状态下，物质表现出独特的电输运特性，包括异常霍尔效应。作者指出，由于Weyl点的存在，稠密QCD物质可以类比于Weyl半金属。他们通过久保的线性响应理论来直接计算霍尔电导率，发现这个值与Weyl点之间的距离成正比。这表明在QCD物质中，霍尔效应的强度与物质的拓扑特性密切相关。 值得注意的是，与传统的Weyl半金属不同，他们在QCD物质中还发现了轴向异常引起的额外贡献。轴向异常是由QCD的基本对称性——轴矢规范不变性（axial gauge invariance）破缺导致的，这种对称性的破缺会产生一种名为轴矢流（axial current）的效应，从而对霍尔电导率产生影响。 这项研究揭示了在高密度QCD物质中，由于手性结构的特殊性质，异常霍尔效应的出现及其与Weyl半金属相似的行为。这不仅深化了我们对QCD物质的理解，也为寻找和理解新型量子材料的奇异物理性质提供了理论基础。此外，这些发现可能对未来的拓扑量子计算和量子信息科学领域有潜在的应用价值。