論文の概要: Unconventional high-temperature excitonic insulators in two-dimensional topological materials

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.18694v1
• Date: Thu, 30 Jan 2025 19:00:06 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-03 13:58:00.127546
• Title: Unconventional high-temperature excitonic insulators in two-dimensional topological materials
• Title（参考訳）: 二次元トポロジー材料における非定常高温エキシトン絶縁体
• Authors: L. Maisel Licerán, H. T. C. Stoof,
• Abstract要約: 励起子として知られる半導体の電子-ホール対は、低温でコヒーレントな状態を形成することができる。 結果として生じる位相はエキシトン絶縁体として知られ、超流動性を持つ。 最近提案された非自明なバンドトポロジーを持つ2次元候補材料について,エキサイトニック絶縁体について検討した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Bound electron-hole pairs in semiconductors known as excitons can form a coherent state at low temperatures akin to a BCS condensate. The resulting phase is known as the excitonic insulator and has superfluid properties. Here we theoretically study the excitonic insulator in a pair of recently proposed two-dimensional candidate materials with nontrivial band topology. Contrary to previous works, we include interaction channels that violate the individual electron and hole number conservations. These are on equal footing with the number-conserving processes due to the substantial overlap of Wannier orbitals of different bands, which cannot be exponentially localized due to the nontrivial Chern numbers of the latter. Their inclusion is crucial to determine the symmetry of the electron-hole pairing, and by performing mean-field calculations at nonzero temperatures we find that the order parameter is a chiral $d$-wave. We discuss the nontrivial topology of this unconventional state and analyze its superfluid properties. In particular, we estimate BKT temperatures between 75 K and 100 K on realistic substrates, over an order of magnitude larger than in the number-conserving approximation where $s$-wave pairing is favored. Our results highlight the interplay between topology at the single-particle level and long-range interactions, motivating further research in systems where both phenomena coexist.
• Abstract（参考訳）: 励起子として知られる半導体の電子-ホール対は、BCS凝縮体に似た低温でコヒーレントな状態を形成することができる。 結果として生じる位相はエキシトン絶縁体として知られ、超流動性を持つ。 ここでは、非自明なバンドトポロジーを持つ2次元候補材料対におけるエキシトン絶縁体を理論的に研究する。 以前の研究とは対照的に、個々の電子とホール数保存に違反する相互作用チャネルを含んでいる。 これらは、異なるバンドのワニエ軌道のかなりの重複による数保存過程と等しく、後者の非自明なチャーン数のために指数関数的に局所化できない。 彼らの包含は電子-ホール対の対称性を決定するために不可欠であり、非ゼロ温度で平均場計算を行うことで、オーダーパラメータがキラル$d$-waveであることが分かる。 この非自明な状態の位相を議論し、その超流動特性を解析する。 特に,現実的な基板上でのBKT温度は75Kから100Kであり,$s$-waveペアリングが好まれる数保存近似よりも桁違いに大きい。 本研究は, 単一粒子レベルでのトポロジーと長距離相互作用の相互作用に注目し, 両現象が共存するシステムにおけるさらなる研究を動機づけるものである。

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