Flüssigkeitstheorie von Fermi (auch bekannt als Flüssigkeitstheorie des Landauers-Fermi) sind ein theoretisches Modell, fermions aufeinander zu wirken, der den normalen Staat von den meisten Metallen bei genug niedrigen Temperaturen beschreibt. Die Wechselwirkung zwischen den Partikeln des Vielkörpersystems braucht nicht klein zu sein. Die phänomenologische Theorie von Flüssigkeiten von Fermi wurde vom sowjetischen Physiker Lev Davidovich Landau 1956 eingeführt, und später von Alexei Abrikosov und mir entwickelt. M. Khalatnikov, der diagrammatische Unruhe-Theorie verwendet. Die Theorie erklärt, warum einige der Eigenschaften eines aufeinander wirkenden fermion Systems denjenigen des Benzins von Fermi sehr ähnlich sind (d. h. fermions aufeinander nichtwirkend), und warum sich andere Eigenschaften unterscheiden.

Wichtige Beispiele dessen, wo Flüssigkeitstheorie von Fermi erfolgreich angewandt worden ist, sind am meisten namentlich Elektronen in den meisten Metallen und Flüssigkeit Er 3. Flüssigkeit ist Er 3 eine Flüssigkeit von Fermi bei niedrigen Temperaturen (aber nicht niedrig genug in seiner superflüssigen Phase zu sein.) Er 3 ist ein Isotop von Helium, mit 2 Protonen, 1 Neutron und 2 Elektronen pro Atom. Weil es eine ungerade Zahl von fermions innerhalb des Atoms gibt, ist das Atom selbst auch ein fermion. Die Elektronen in einem normalen (das Nichtsuperleiten) Metall bildet auch eine Flüssigkeit von Fermi, wie die Nukleonen (Protone und Neutronen) in einem Atomkern tun. Strontium ruthenate zeigt einige Schlüsseleigenschaften von Flüssigkeiten von Fermi, trotz, ein stark aufeinander bezogenes Material zu sein, und ist im Vergleich zu hohen Temperatursupraleitern wie cuprates.

Beschreibung

Die Schlüsselideen hinter der Theorie von Landau sind der Begriff von adiabaticity und dem Ausschluss-Grundsatz. Denken Sie ein aufeinander nichtwirkendes fermion System (ein Benzin von Fermi) und nehmen Sie an, dass wir die Wechselwirkung langsam "anmachen". Landau hat behauptet, dass in dieser Situation sich der Boden-Staat des Benzins von Fermi zum Boden-Staat des aufeinander wirkenden Systems adiabatisch verwandeln würde.

Durch den Ausschluss-Grundsatz von Pauli besteht der Boden-Staat eines Benzins von Fermi aus fermions, der alle Schwung-Staaten entsprechend dem Schwung besetzt

Landauer-Quasipartikeln sind langlebige Erregung mit einer Lebenszeit, dass satifies, wo die Energie von Fermi ist.

Für dieses System kann die Funktion des Grüns (in der Nähe von seinen Polen) in der Form geschrieben werden

wo das chemische Potenzial ist und die Energie entsprechend dem gegebenen Schwung-Staat ist.

Der Wert wird den Quasipartikel-Rückstand genannt und ist für die Flüssigkeitstheorie von Fermi sehr charakteristisch. Die geisterhafte Funktion für das System kann über das ARPES-Experiment direkt beobachtet werden, und kann (in der Grenze von tief liegenden Erregung) in der Form geschrieben werden:

wo die Geschwindigkeit von Fermi ist.

Physisch können wir sagen, dass ein Fortpflanzen fermion mit seiner Umgebung auf solche Art und Weise aufeinander wirkt, dass die Nettowirkung der Wechselwirkungen ist, sich den fermion als ein "angekleideter" fermion benehmen zu lassen, seine wirksame Masse und andere dynamische Eigenschaften verändernd. Diese "haben" sich "angezogen" fermions sind, woran wir als "Quasipartikeln" denken.

Ein anderes wichtiges Eigentum von Flüssigkeiten von Fermi ist mit der sich zerstreuenden bösen Abteilung für Elektronen verbunden. Nehmen Sie an, dass wir ein Elektron mit der Energie über der Oberfläche von Fermi haben, und es Streuungen mit einer Partikel im Meer von Fermi mit der Energie annehmen. Durch den Ausschluss-Grundsatz von Pauli beide müssen die Partikeln nach dem Zerstreuen über der Oberfläche von Fermi mit Energien Jetzt liegen, annehmen, dass das anfängliche Elektron Energie sehr in der Nähe von der Oberfläche von Fermi Dann hat, haben wir das muss auch sehr der Oberfläche von Fermi nah sein. Das reduziert das Phase-Raumvolumen der möglichen Staaten, nachdem das Zerstreuen, und folglich, durch die goldene Regel von Fermi, die sich zerstreuende böse Abteilung zur Null geht. So können wir sagen, dass die Lebenszeit von Partikeln an der Oberfläche von Fermi zur Unendlichkeit geht.

Ähnlichkeiten zu Benzin von Fermi

Die Fermi Flüssigkeit ist dem aufeinander nichtwirkenden Benzin von Fermi im folgenden Sinn qualitativ analog: Die Dynamik des Systems und Thermodynamik an niedrigen Erregungsenergien und Temperaturen können durch das Ersetzen des aufeinander wirkenden fermions mit aufeinander nichtwirkenden Quasipartikeln beschrieben werden, von denen jede dieselbe Drehung, Anklage und Schwung als die ursprünglichen Partikeln trägt. Physisch kann von diesen als seiend Partikeln gedacht werden, deren Bewegung durch die Umgebungspartikeln gestört wird, und die selbst die Partikeln in ihrer Umgebung stören. Jede Vielpartikel hat Staat des aufeinander wirkenden Systems erregt kann durch die Auflistung aller besetzten Schwung-Staaten, ebenso im aufeinander nichtwirkenden System beschrieben werden. Demzufolge benehmen sich Mengen wie die Hitzekapazität der Flüssigkeit von Fermi qualitativ ebenso als im Benzin von Fermi (z.B die Hitzekapazität erhebt sich geradlinig mit der Temperatur).

Unterschiede zu Benzin von Fermi

Die folgenden Unterschiede zum aufeinander nichtwirkenden Benzin von Fermi entstehen:

Energie

Die Energie eines Vielpartikel-Staates ist nicht einfach eine Summe der Energien der einzelnen Partikel aller besetzten Staaten. Statt dessen enthält die Änderung in der Energie für eine gegebene Änderung im Beruf von Staaten Begriffe, die sowohl geradlinig als auch darin quadratisch sind (für das Benzin von Fermi, es würde nur geradlinig sein, wo die Energien der einzelnen Partikel anzeigt). Der geradlinige Beitrag entspricht wiedernormalisierten Energien der einzelnen Partikel, die, z.B, eine Änderung in der wirksamen Masse von Partikeln einschließen. Die quadratischen Begriffe entsprechen einer Art "Mittelfeld"-Wechselwirkung zwischen Quasipartikeln, die durch so genannte Flüssigkeitsrahmen von Landau Fermi parametrisiert wird und das Verhalten von Dichte-Schwingungen (und Drehungsdichte-Schwingungen) in der Flüssigkeit von Fermi bestimmt. Und doch, diese Mittelfeldwechselwirkungen führen zu keinem Zerstreuen von Quasipartikeln mit einer Übertragung von Partikeln zwischen verschiedenen Schwung-Staaten.

Spezifische Hitze und Verdichtbarkeit

Spezifische Hitze, Verdichtbarkeit, Drehungsempfänglichkeit und andere Mengen zeigen dasselbe qualitative Verhalten (z.B Abhängigkeit von der Temperatur) als im Benzin von Fermi, aber der Umfang ist (manchmal stark) geändert.

Wechselwirkungen

Zusätzlich zu den Mittelfeldwechselwirkungen bleiben einige schwache Wechselwirkungen zwischen Quasipartikeln, die zum Zerstreuen von Quasipartikeln von einander führen. Deshalb erwerben Quasipartikeln eine begrenzte Lebenszeit. Jedoch, an niedrig genug Energien über der Oberfläche von Fermi, wird diese Lebenszeit sehr lang, solch, dass das Produkt der Erregungsenergie (ausgedrückt in der Frequenz) und Lebenszeit viel größer ist als eine. In diesem Sinn ist die Quasipartikel-Energie noch bestimmt (in der entgegengesetzten Grenze, die Unklarheitsbeziehung von Heisenberg würde eine genaue Definition der Energie verhindern).

Struktur

Die Struktur der "bloßen" Partikel (im Vergleich mit der Quasipartikel) die Funktion von Green ist dem im Benzin von Fermi ähnlich (wo, für einen gegebenen Schwung, die Funktion von Green im Frequenzraum eine Delta-Spitze an der jeweiligen Energie der einzelnen Partikel ist). Die Delta-Spitze in der Dichte Staaten wird (mit einer Breite verbreitert, die durch die Quasipartikel-Lebenszeit gegeben ist). Außerdem (und im Gegensatz zur Quasipartikel-Funktion von Green) wird sein Gewicht (integriert über die Frequenz) durch einen Quasipartikel-Gewicht-Faktor unterdrückt

Vertrieb

Der Vertrieb von Partikeln (im Vergleich mit Quasipartikeln) über Schwung-Staaten bei der Nulltemperatur zeigt noch einen diskontinuierlichen Sprung an der Oberfläche von Fermi (als im Benzin von Fermi), aber es fällt von 1 bis 0 nicht: Der Schritt ist nur der Größe.

Elektrischer Widerstand

In einem Metall wird der Widerstand bei niedrigen Temperaturen durch das Elektronelektron beherrscht, das sich in der Kombination mit dem Zerstreuen von Umklapp zerstreut. Für eine Flüssigkeit von Fermi ändert sich der Widerstand von diesem Mechanismus als, der häufig als eine experimentelle Kontrolle für das Flüssigkeitsverhalten von Fermi genommen wird (zusätzlich zur geradlinigen Temperaturabhängigkeit der spezifischen Hitze), obwohl es nur in der Kombination mit dem Gitter entsteht.

Instabilitäten von Fermi Flüssigkeit

Die experimentelle Beobachtung von exotischen Phasen in stark aufeinander bezogenen Systemen hat eine enorme Anstrengung von der theoretischen Gemeinschaft ausgelöst zu versuchen, ihren mikroskopischen Ursprung zu verstehen. Ein möglicher Weg, um Instabilitäten eines FL zu entdecken, ist genau die von Pomeranchuk getane Analyse. Wegen dessen ist die Instabilität von Pomeranchuk von mehreren Autoren mit verschiedenen Techniken in den letzten paar Jahren studiert worden und insbesondere die Instabilität des FL zur nematischen Phase wurde für mehrere Modelle untersucht.

Non-Fermi Flüssigkeiten

Der Begriff non-Fermi Flüssigkeit wird gebraucht, um ein System zu beschreiben, das Depression des Fermi-flüssigen Verhaltens zeigt. Das einfachste Beispiel solch eines Systems ist das System, fermions in der einer Dimension, genannt Flüssigkeit von Luttinger aufeinander zu wirken. Obwohl Luttinger Flüssigkeiten physisch dasselbe als Flüssigkeiten von Fermi sind, verursacht die Beschränkung zu einer Dimension mehrere qualitative Unterschiede wie die Abwesenheit einer Quasipartikel-Spitze im Schwung-Abhängigen geisterhafte Funktion und die Anwesenheit von Drehungsdichte-Wellen.

Ein anderes Beispiel solchen Verhaltens wird am Quant kritische Punkte von bestimmten Phase-Übergängen der zweiten Ordnung wie beobachtet

Schwerer fermion criticality, Mott criticality und hoch - cuprate Phase-Übergänge. Der Boden-Staat solcher Übergänge wird durch die Anwesenheit einer scharfen Oberfläche von Fermi charakterisiert, obwohl es bestimmte Quasipartikeln nicht geben kann. D. h., sich dem kritischen Punkt nähernd, wird es dass der Quasipartikel-Rückstand bemerkt

Das Verstehen des Verhaltens von non-Fermi Flüssigkeiten ist ein wichtiges Problem in der kondensierten Sache-Physik. Annäherungen zum Erklären dieser Phänomene schließen die Behandlung von Randflüssigkeiten von Fermi ein; Versuche, kritische Punkte zu verstehen und kletternde Beziehungen abzuleiten; und Beschreibungen mit auftauchenden Maß-Theorien mit Techniken der holografischen Dualität des Maßes/Ernstes.

Siehe auch

• Benzin von Fermi
• Klassische Flüssigkeiten
• Kondensat von Fermionic
• Flüssigkeit von Luttinger
• Der Lehrsatz von Luttinger
• Nullton