論文の概要: Three-dimensional fracton topological orders with boundary Toeplitz braiding
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.02482v3
- Date: Sat, 05 Oct 2024 15:10:19 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-10-08 13:09:09.055133
- Title: Three-dimensional fracton topological orders with boundary Toeplitz braiding
- Title(参考訳): 境界Toeplitzブレイディングを持つ3次元フラクトントポロジカルオーダー
- Authors: Boxi Li, Yao Zhou, Peng Ye,
- Abstract要約: 熱力学限界におけるエキゾチック境界現象を示す3次元非流動状態のクラスについて検討する。
本稿では,(z)方向に沿って2次元ツイスト(mathbbZ_N)層を積み重ねることで形成される3次元フラクトントポロジカルオーダーのクラスに着目した。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 8.234490063684973
- License:
- Abstract: In this paper, we theoretically study a class of 3D non-liquid states that show exotic boundary phenomena in the thermodynamical limit. More concretely, we focus on a class of 3D fracton topological orders formed via stacking 2D twisted \(\mathbb{Z}_N\) topologically ordered layers along \(z\)-direction. Nearby layers are coupled while maintaining translation symmetry along \(z\) direction. The effective field theory is given by the infinite-component Chern-Simons (iCS) field theory, with an integer-valued symmetric block-tridiagonal Toeplitz \(K\)-matrix whose size is thermodynamically large. With open boundary conditions (OBC) along \(z\), certain choice of \(K\)-matrices exhibits exotic boundary ``Toeplitz braiding'', where the mutual braiding phase angle between two anyons at opposite boundaries oscillates and remains non-zero in the thermodynamic limit. In contrast, in trivial case, the mutual braiding phase angle decays exponentially to zero in the thermodynamical limit. As a necessary condition, this phenomenon requires the existence of boundary zero modes in the \(K\)-matrix spectrum under OBC. We categorize nontrivial \(K\)-matrices into two distinct types. Each type-I possesses two boundary zero modes, whereas each type-II possesses only one boundary zero mode. Interestingly, the integer-valued Hamiltonian matrix of the familiar 1D SSH can be used as a non-trivial $K$-matrix. Importantly, since large-gauge-invariance ensures integer quantized \(K\)-matrix entries, global symmetries are not needed to protect these zero modes. We also present numerical simulation as well as finite size scaling, further confirming the above analytical results. Symmetry fractionalization is also discussed.
- Abstract(参考訳): 本稿では,熱力学限界におけるエキゾチック境界現象を示す3次元非流動状態のクラスを理論的に研究する。
より具体的には、2Dツイストした \(\mathbb{Z}_N\) の位相的に順序付けられた層を \(z\)-方向に沿って積み重ねることで形成される3次元フラクトン位相列のクラスに焦点を当てる。
近傍の層は \(z\) 方向に沿って翻訳対称性を維持しながら結合される。
実効場理論は無限成分チャーン・サイモンズ場理論(英語版)(iCS)によって与えられ、その大きさが熱力学的に大きい整数値の対称ブロック三角形トエプリッツ(英語版)(Toeplitz)-行列を持つ。
開境界条件 (OBC) が \(z\)-行列に沿った場合、ある選択はエキゾチック境界 ``Toeplitz Braiding'' を示す。
対照的に、自明な場合、相互のブレイディング位相角は熱力学的極限において指数関数的に0に崩壊する。
必要条件として、この現象は OBC の下での \(K\)-行列スペクトルにおける境界零モードの存在を必要とする。
非自明な \(K\)-行列を2つの異なる型に分類する。
各タイプ-Iは2つの境界ゼロモードを持ち、各タイプ-IIは1つの境界ゼロモードしか持たない。
興味深いことに、1D SSH の整数値のハミルトン行列は非自明な$K$-行列として使うことができる。
重要なことに、大ゲージ不変性は整数量子化された \(K\)-行列成分を保証するため、これらの零モードを保護するために大域対称性は必要ない。
また, 数値シミュレーションや有限サイズスケーリングを行い, さらに解析結果を確認した。
対称性の分数化についても論じる。
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