Universality classes of topological phase transitions with higher-order band crossing
Creators
- 1. Pontifical Catholic University of Rio de Janeiro
- 2. Max Planck Institute for Solid State Research
Description
In topological insulators and topological superconductors, the discrete jump of the topological invariant upon tuning a certain system parameter defines a topological phase transition. A unified framework is employed to address the quantum criticality of the topological phase transitions in one to three spatial dimensions, which simultaneously incorporates the symmetry classification, order of band crossing, $m$-fold rotational symmetry, correlation functions, critical exponents, scaling laws, and renormalization group approach. We first classify higher-order Dirac models according to the time-reversal, particle-hole, and chiral symmetries, and determine the even-oddness of the order of band crossing in each symmetry class. The even-oddness further constrains the rotational symmetry $m$ permitted in a symmetry class. Expressing the topological invariant in terms of a momentum space integration over a curvature function, the order of band crossing determines the critical exponent of the curvature function, as well as that of the Wannier state correlation function introduced through the Fourier transform of the curvature function. The conservation of topological invariant further yields a scaling law between critical exponents. In addition, a renormalization group approach based on deforming the curvature function is demonstrated for all dimensions and symmetry classes. Through clarification of how the critical quantities, including the jump of the topological invariant and critical exponents, depend on the nonspatial and the rotational symmetry, our work introduces the notion of universality class into the description of topological phase transitions.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
في العوازل الطوبولوجية والموصلات الفائقة الطوبولوجية، تحدد القفزة المنفصلة للثابت الطوبولوجي عند ضبط معلمة نظام معينة انتقال الطور الطوبولوجي. يتم استخدام إطار موحد لمعالجة الأهمية الكمية لتحولات الطور الطوبولوجي في واحد إلى ثلاثة أبعاد مكانية، والتي تتضمن في الوقت نفسه تصنيف التماثل، وترتيب تقاطع النطاق، وتماثل الدوران المطوي $m$، ووظائف الارتباط، والأسس الحرجة، وقوانين القياس، ونهج مجموعة إعادة التطبيع. نصنف أولاً نماذج ديراك ذات الترتيب الأعلى وفقًا للتناظرات العكسية للوقت وثقب الجسيمات والمراوغة، ونحدد الغرابة الزوجية لترتيب تقاطع النطاق في كل فئة تناظر. كما أن الغرابة الزوجية تقيد التماثل الدوراني $m$ المسموح به في فئة التماثل. بالتعبير عن الثابت الطوبولوجي من حيث تكامل مساحة الزخم على دالة الانحناء، يحدد ترتيب تقاطع النطاق الأس الحرج لدالة الانحناء، بالإضافة إلى دالة ارتباط حالة وانير التي تم إدخالها من خلال تحويل فورييه لدالة الانحناء. يؤدي الحفاظ على الثبات الطوبولوجي إلى مزيد من قانون التدرج بين الأسس الحرجة. بالإضافة إلى ذلك، يتم توضيح نهج مجموعة إعادة التطبيع بناءً على تشوه وظيفة الانحناء لجميع الأبعاد وفئات التماثل. من خلال توضيح كيفية اعتماد الكميات الحرجة، بما في ذلك قفزة الأسس الطوبولوجية الثابتة والحرجة، على التماثل غير المكاني والتناوب، يقدم عملنا مفهوم فئة العالمية في وصف تحولات الطور الطوبولوجي.Translated Description (French)
Dans les isolants topologiques et les supraconducteurs topologiques, le saut discret de l'invariant topologique lors de l'accord d'un certain paramètre du système définit une transition de phase topologique. Un cadre unifié est utilisé pour aborder la criticité quantique des transitions de phase topologiques dans une à trois dimensions spatiales, qui incorpore simultanément la classification de symétrie, l'ordre de croisement des bandes, la symétrie rotationnelle $m$-fold, les fonctions de corrélation, les exposants critiques, les lois d'échelle et l'approche du groupe de renormalisation. Nous classons d'abord les modèles de Dirac d'ordre supérieur en fonction des symétries d'inversion temporelle, de trou de particules et chirales, et déterminons l'irrégularité de l'ordre de croisement des bandes dans chaque classe de symétrie. L'irrégularité contraint davantage la symétrie de rotation $m$ permise dans une classe de symétrie. Exprimant l'invariant topologique en termes d'intégration d'espace de quantité de mouvement sur une fonction de courbure, l'ordre de croisement de bande détermine l'exposant critique de la fonction de courbure, ainsi que celui de la fonction de corrélation d'état de Wannier introduite par la transformée de Fourier de la fonction de courbure. La conservation de l'invariant topologique donne en outre une loi d'échelle entre les exposants critiques. De plus, une approche de groupe de renormalisation basée sur la déformation de la fonction de courbure est démontrée pour toutes les dimensions et classes de symétrie. En clarifiant la façon dont les quantités critiques, y compris le saut de l'invariant topologique et des exposants critiques, dépendent de la symétrie non spatiale et de la symétrie de rotation, notre travail introduit la notion de classe d'universalité dans la description des transitions de phase topologiques.Translated Description (Spanish)
En aisladores topológicos y superconductores topológicos, el salto discreto de la invariante topológica al ajustar un cierto parámetro del sistema define una transición de fase topológica. Se emplea un marco unificado para abordar la criticidad cuántica de las transiciones de fase topológicas en una a tres dimensiones espaciales, que incorpora simultáneamente la clasificación de simetría, el orden de cruce de bandas, la simetría rotacional de $m$veces, las funciones de correlación, los exponentes críticos, las leyes de escala y el enfoque de grupo de renormalización. Primero clasificamos los modelos de Dirac de orden superior de acuerdo con las simetrías de inversión de tiempo, agujero de partícula y quiral, y determinamos la imparidad par del orden de cruce de bandas en cada clase de simetría. La paridad restringe aún más la simetría rotacional $m$ permitida en una clase de simetría. Expresando la invariante topológica en términos de una integración de espacio de momento sobre una función de curvatura, el orden de cruce de bandas determina el exponente crítico de la función de curvatura, así como el de la función de correlación de estado de Wannier introducida a través de la transformada de Fourier de la función de curvatura. La conservación de la invariante topológica produce además una ley de escala entre exponentes críticos. Además, se demuestra un enfoque de grupo de renormalización basado en la deformación de la función de curvatura para todas las dimensiones y clases de simetría. A través de la aclaración de cómo las cantidades críticas, incluido el salto de los exponentes invariantes y críticos topológicos, dependen de la simetría no espacial y rotacional, nuestro trabajo introduce la noción de clase de universalidad en la descripción de las transiciones de fase topológicas.Files
1901.11468.pdf
Files
(903.0 kB)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:e281a3689902dcb4e5cbfa526658676c
|
903.0 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- فئات عالمية من انتقالات الطور الطوبولوجي مع تقاطع نطاق أعلى رتبة
- Translated title (French)
- Classes d'universalité des transitions de phase topologiques avec croisement de bandes d'ordre supérieur
- Translated title (Spanish)
- Clases de universalidad de transiciones de fase topológicas con cruce de banda de orden superior
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2913144890
- DOI
- 10.1088/1367-2630/ab2a2d
References
- https://openalex.org/W1501955150
- https://openalex.org/W1552981254
- https://openalex.org/W1586716399
- https://openalex.org/W1803923799
- https://openalex.org/W1904914631
- https://openalex.org/W1947235148
- https://openalex.org/W1983970619
- https://openalex.org/W1988447199
- https://openalex.org/W2003397144
- https://openalex.org/W2003578803
- https://openalex.org/W2020595981
- https://openalex.org/W2031028572
- https://openalex.org/W2042938036
- https://openalex.org/W2053877588
- https://openalex.org/W2065395760
- https://openalex.org/W2068836516
- https://openalex.org/W2072703702
- https://openalex.org/W2074950413
- https://openalex.org/W2081981323
- https://openalex.org/W2082079934
- https://openalex.org/W2086354538
- https://openalex.org/W2089841426
- https://openalex.org/W2098491631
- https://openalex.org/W2117734893
- https://openalex.org/W2117857532
- https://openalex.org/W2118428523
- https://openalex.org/W2132568564
- https://openalex.org/W2138970038
- https://openalex.org/W2151895170
- https://openalex.org/W2154108937
- https://openalex.org/W2221559272
- https://openalex.org/W2223717735
- https://openalex.org/W2237960243
- https://openalex.org/W2258225534
- https://openalex.org/W2276482173
- https://openalex.org/W2463372891
- https://openalex.org/W2470256942
- https://openalex.org/W2481573298
- https://openalex.org/W2548521319
- https://openalex.org/W2557087112
- https://openalex.org/W2749895172
- https://openalex.org/W2782221272
- https://openalex.org/W2782602751
- https://openalex.org/W2784898633
- https://openalex.org/W2804317882
- https://openalex.org/W2893003619
- https://openalex.org/W3099583552
- https://openalex.org/W3121974050
- https://openalex.org/W3125378746