論文の概要: Nonlocal interaction and quantum friction in sliding Bi$_2$Se$_3$ topological surfaces

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2408.13163v4
• Date: Wed, 22 Oct 2025 13:47:51 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-25 03:08:02.242653
• Title: Nonlocal interaction and quantum friction in sliding Bi$_2$Se$_3$ topological surfaces
• Title（参考訳）: すべりBi$_2$Se$_3$位相曲面における非局所相互作用と量子摩擦
• Authors: Feiyi Liu, Ming Guo, Mingyang Liu, Ruanjing Zhang, Yang Wang,
• Abstract要約: トポロジカル絶縁体Bi$Se$_3$薄膜は、そのトポロジカルに保護された表面状態から生じるユニークな電子特性を示す。 相対運動中の2つの無限平行金属板の励起と散逸について検討した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.8562201529525275
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Topological insulator Bi$_2$Se$_3$ thin films exhibit unique electronic properties arising from their topologically protected surface states. In a theoretical model capturing the essential physics of Dirac electrons in Bi$_2$Se$_3$, we study excitations and dissipation in two infinite parallel metallic plates undergoing relative motion. The degrees of freedom of the electrons in both plates are modeled using the 1+2 dimensional Dirac field, and a nonlocal potential is selected to describe the interaction between the two plates. The internal relative motion is introduced via a Galilean boost, with one plate assumed to slide relative to the other. We then calculate the effective action of the system and derive the vacuum occupation number in momentum space using a perturbative method. Numerical plots reveal that the vacuum occupation number, as a function of momentum, is isotropic for a motion speed $v = 0$ and anisotropic for nonzero $v$. The relative motion induces energy transfer between the plates, leading to on-shell excitations in a manner analogous to the dissipative process of the Schwinger effect. Consequently, we study the motion-induced dissipation effects and the dissipative forces through the quantum action. By using experimental Fermi velocities of Bi$_2$Se$_3$, our results demonstrate that both the imaginary part of the quantum action due to the motion boost and the dissipative force exhibit a threshold as functions of $v$, and both are positively correlated with $v$.
• Abstract（参考訳）: トポロジカル絶縁体Bi$_2$Se$_3$薄膜は、そのトポロジカルに保護された表面状態から生じるユニークな電子特性を示す。 Bi$_2$Se$_3$におけるディラック電子の本質物理学を捉える理論モデルにおいて、相対運動中の2つの無限平行金属板の励起と散逸を研究する。 両プレートの電子の自由度は1+2次元のディラック場を用いてモデル化され、2つのプレート間の相互作用を記述するために非局所ポテンシャルが選択される。 内部の相対運動はガリレオの隆起によって導入され、一方のプレートはもう一方のプレートに対してスライドしていると仮定される。 次に, 摂動法を用いて, 運動量空間における真空占有数を導出する。 数値的なプロットから、真空占有数は運動量の関数として運動速度$v = 0$に対して等方的であり、非ゼロ$v$に対しては異方的であることが分かる。 相対運動はプレート間のエネルギー移動を誘導し、シュウィンガー効果の散逸過程に類似したオンシェル励起をもたらす。 その結果, 運動誘起散逸効果と散逸力の量子的作用による検討を行った。 実験的なBi$_2$Se$_3$のフェルミ速度を用いて、運動の促進による量子行動の想像的部分と消散力の両方が$v$の関数として閾値を示し、どちらも$v$と正の相関を持つことを示した。

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