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相互作用電子系統(tǒng)的重整化與相變重整化的區(qū)別

2023-07-22 17:34 作者:擲骰子的肖  | 我要投稿

大家學(xué)習(xí)重整化群方法的入門與經(jīng)驗(yàn)大部分是來自于經(jīng)典的相對論性量子場論教材或者經(jīng)典統(tǒng)計(jì)場論教材(比如Peskin和Kardar的書)。但是在凝聚態(tài)物理中,重整化技術(shù)的應(yīng)用是有很大不同的。我簡要概述一下它們的區(qū)別,旨在為學(xué)習(xí)凝聚態(tài)物理的同行強(qiáng)調(diào)一個事實(shí):凝聚態(tài)物理人要學(xué)專門的凝聚態(tài)場論,即使在一些名詞和一般性方法上,凝聚態(tài)場論和粒子物理中的量子場論是如此相似。 由于我不太懂粒子物理,這里僅論述相變重整化(歷史上其與粒子物理中的重整化有著密切關(guān)系,因此也是高度相似的)與凝聚態(tài)物理中電子系統(tǒng)的重整化的區(qū)別。 所有的區(qū)別都來自于兩個簡單的事實(shí):凝聚態(tài)系統(tǒng)有晶格;自由電子系統(tǒng)的基態(tài)有明確的費(fèi)米面。 在相變臨界問題中,我們采用的是朗道框架,相應(yīng)的序參量場總是玻色自由度(才有所謂凝聚現(xiàn)象),對于一個玻色場是不存在費(fèi)米面的,因此RG總是朝著動量空間的原點(diǎn)k=0,不斷的積掉高能自由度。但是對于電子系統(tǒng),基態(tài)不是真空,由于費(fèi)米面的存在,事實(shí)上我們不是在朝著動量空間的原點(diǎn),這樣的一個點(diǎn)去重整,而是朝著費(fèi)米面重整。因?yàn)榇藭r我們口中的高能自由度,是以費(fèi)米面為基準(zhǔn)的。并且由于晶格的存在,費(fèi)米面并不是球形的,甚至其自身都會被重整。另外,在粒子物理以及相變現(xiàn)象中,大動量轉(zhuǎn)移的散射過程在RG過程中會消失,但是在電子系統(tǒng)中,依然由于費(fèi)米面的存在,電子可以從費(fèi)米面的北極附近散射到南極附近,這是允許的且不會被重整掉,相應(yīng)的動量轉(zhuǎn)移非常大(~2kF)??梢哉f,在電子系統(tǒng)中,RG只消除垂直于費(fèi)米面的散射,但切向的散射以及 nesting散射完全保留(所以有CDW,SDW )。此外,粒子物理和相變現(xiàn)象中耦合系數(shù)往往是常數(shù),或者只依賴于從原點(diǎn)起算的動量k,于是可以對k泰勒展開,大多數(shù)項(xiàng)都是無關(guān)擾動。在電子系統(tǒng)中,耦合函數(shù)還依賴于費(fèi)米面上的動量,而這是不會被重整的,因此泰勒展開后往往是相關(guān)擾動。

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