論文の概要: Exciton collective modes in a bilayer of axion insulator $\text{MnBi}_2 \text{Te}_4$
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.19801v1
- Date: Tue, 25 Nov 2025 00:01:11 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-11-26 17:37:04.210635
- Title: Exciton collective modes in a bilayer of axion insulator $\text{MnBi}_2 \text{Te}_4$
- Title（参考訳）: axion insulator $\text{MnBi}_2 \text{Te}_4$の2層におけるエクシトン集合モード
- Authors: Olivia Liebman, Jonathan B. Curtis, Emily Been, Prineha Narang,
- Abstract要約: 我々は, $textBiMntextTe_4$の2層構成において, エキシトン縮合および関連する集合モードの出現について検討した。
本研究は, トポロジーとボソニック凝縮物の相互作用の理解に寄与し, トポロジー特性の光学的アクセス, 消散性輸送, ゲート可変光電子工学への応用に刺激を与える可能性がある。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We investigate the emergence of an exciton condensate and associated collective modes in a bilayer configuration of $\text{MnBi}_2\text{Te}_4$, an antiferromagnetic topological insulator and van der Waals material, recognized for hosting axion physics. Utilizing a minimal low-energy Hamiltonian for the two layer system which is gapped by the intrinsic Néel order, we first employ mean-field theory to establish the conditions for exciton condensation. Our analysis identifies a nonzero, spin-singlet exciton order parameter which is tuned by external displacement field, temperature, and Coulomb attraction. Beyond the mean-field, we explore collective mode fluctuations in the uncondensed phase via many-body perturbation theory and the random phase approximation. From this, we derive the exciton spectral function which allows for a direct comparison between theoretical prediction and experimental observation. We detail how the softening of the collective mode peak is a function of the competition between interlayer detuning and thermal fluctuations. This work elucidates how the unique topological and magnetic environment of $\text{MnBi}_2\text{Te}_4$ offers a tunable platform for the realization and manipulation of exciton condensates and the corresponding collective excitations. Our findings contribute to understanding the interplay of topology and bosonic condensates, which could inspire application in optically accessing topological properties, dissipationless transport, and gate-tunable optoelectronics.
- Abstract（参考訳）: 反強磁性トポロジカル絶縁体およびファンデルワールス材料である$\text{MnBi}_2\text{Te}_4$の2層構成における励起子凝縮と関連する集合モードの出現について検討した。
内在的ネール次数でギャップがある2層系に対して最小の低エネルギーハミルトニアンを用いることで、まず平均場理論を用いて励起子凝縮の条件を確立する。
本分析では, 外部変位場, 温度, クーロンアトラクションによって調整された非ゼロ, スピンシンクレットエキシトンオーダーパラメータを同定した。
平均場を超えて、多体摂動理論とランダム位相近似を用いて、非凝縮相における集合モード変動を探索する。
このことから,理論予測と実験観測との直接比較が可能な励起子スペクトル関数を導出する。
集合モードピークの軟化が層間変形と熱ゆらぎの競合の関数であることを示す。
この研究は、$\text{MnBi}_2\text{Te}_4$ のユニークな位相的および磁気的環境が、エクシトン凝縮体および対応する集合励起体の実現と操作のためのチューニング可能なプラットフォームを提供するかを明らかにする。
本研究は, トポロジーとボソニック凝縮物の相互作用の理解に寄与し, トポロジー特性の光学的アクセス, 消散性輸送, ゲート可変光電子工学への応用に刺激を与える可能性がある。
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