論文の概要: The Nernst heat theorem for an atom interacting with graphene: Dirac
model with nonzero energy gap and chemical potential
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2003.11428v3
- Date: Fri, 5 Jun 2020 16:33:23 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-27 22:47:45.115774
- Title: The Nernst heat theorem for an atom interacting with graphene: Dirac
model with nonzero energy gap and chemical potential
- Title（参考訳）: グラフェンと相互作用する原子のナーンスト熱定理:非ゼロエネルギーギャップと化学ポテンシャルを持つディラックモデル
- Authors: G. L. Klimchitskaya and V. M. Mostepanenko
- Abstract要約: グラフェンシートと相互作用する偏光性原子に対するカシミール・ポルダー自由エネルギーの低温挙動を導出した。
電磁場に対するグラフェンの応答は、ディラックモデルの枠組みにおける偏極テンソルによって記述される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We derive the low-temperature behavior of the Casimir-Polder free energy for
a polarizable atom interacting with graphene sheet which possesses the nonzero
energy gap $\Delta$ and chemical potential $\mu$. The response of graphene to
the electromagnetic field is described by means of the polarization tensor in
the framework of Dirac model on the basis of first principles of thermal
quantum field theory in the Matsubara formulation. It is shown that the thermal
correction to the Casimir-Polder energy consists of three contributions. The
first of them is determined by the Matsubara summation using the polarization
tensor defined at zero temperature, whereas the second and third contributions
are caused by an explicit temperature dependence of the polarization tensor and
originate from the zero-frequency Matsubara term and the sum of all Matsubara
terms with nonzero frequencies, respectively. The asymptotic behavior for each
of the three contributions at low temperature is found analytically for any
value of the energy gap and chemical potential. According to our results, the
Nernst heat theorem for the Casimir-Polder free energy and entropy is satisfied
for both $\Delta > 2\mu$ and $\Delta < 2\mu$. We also reveal an entropic
anomaly arising in the case $\Delta = 2\mu$. The obtained results are discussed
in connection with the long-standing fundamental problem in Casimir physics
regarding the proper description of the dielectric response of matter to the
electromagnetic field.
- Abstract（参考訳）: 我々は、非零エネルギーギャップ $\delta$ と化学ポテンシャル $\mu$ を持つグラフェンシートと相互作用する分極性原子に対するカシミール-ポルダー自由エネルギーの低温挙動を導出する。
電磁場に対するグラフェンの応答は、松原定式化における熱量子場理論の第一原理に基づいて、ディラックモデルの枠組みにおいて偏極テンソルを用いて記述される。
カシミール-ポルダーエネルギーの熱補正は3つの寄与からなることが示された。
1つはゼロ温度で定義される偏光テンソルを用いて松原和によって決定され、2番目と3番目の寄与はゼロ周波数の松原項に由来する偏光テンソルの明示的な温度依存性と非ゼロ周波数の松原項の和によって引き起こされる。
低温における3つの寄与のそれぞれに対する漸近挙動は、エネルギーギャップと化学ポテンシャルの値に対して解析的に見出される。
我々の結果によると、カシミール・ポルダー自由エネルギーとエントロピーに対するネルンスト熱定理は、$\Delta > 2\mu$ と $\Delta < 2\mu$ の両方に対して満たされる。
また、$\Delta = 2\mu$の場合のエントロピー異常も明らかにする。
得られた結果は、電磁場に対する物質の誘電応答の適切な記述に関するカシミール物理学における長年の基本的な問題に関連して議論される。
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