Relevância do potencial químico no comportamento de metal estranho
Lauro Barreto Braz
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Abstract: Because cuprate superconductors seem to show quantum criticality, this phenomena where a zero-temperature phase transition occurs, has been of great relevance to condensed matter researchers. Here I show a very simple model independent of electronic structure with only one free parameter, the interaction strength, presenting an interaction mechanism analogous to the classical picture of inelastic collisions: complete inelastic collisions result in interaction happening, while usual inelastic ones do not; this model presents a quantum critical point at zero interaction strength and a limited transition region. By means of this simple model, I show that the interplay between attractive interactions and improvement in the effective mass of carriers, caused by a quantum critical point (QCP), can result in lab condition measurable $T$-linear resistivity (strange metal behavior) just by Boltzmann transport. A relevant feature of this development is that the chemical potential ground state has an upper limit as a function of interaction strength, which causes the QCP. This analysis states the relevance of solving a interaction-dependent chemical potential, which is sometimes ignored in theoretical models approaching strange metal state. Finally, we suggest quantum dots as a practical platform to observe the influence of the chemical potential on the electron-electron interaction parameter.
Keywords: condensed matter, strong correlated electrons, strange metal, quantum dots.
Resumo: Pelos supercondutores óxidos cuprados aparentemente apresentarem o fenômeno de criticalidade quântica, esse fenômeno, no qual ocorre uma transição de fase a temperatura zero, tem sido considerado de grande relevância pelos pesquisadores da área de matéria condensada. Neste trabalho eu mostro um modelo muito simples e independente de estrutura eletrônica com apenas um parâmetro livre, a intensidade de interação, apresentando um mecanismo de interação mimetizado pela representação clássica de colisões inelásticas: colisões completamente inelásticas resultam em interação ocorrendo, enquanto colisões inelásticas comuns não o permitem; este modelo apresenta um ponto crítico quântico quando a intensidade de interação é zero e também uma região limitada de transição. Através deste simples modelo, mostro que a ação combinada entre interações atrativas e o aumento da massa efetiva dos portadores de carga, possivelmente causada por um ponto crítico quântico (QCP no inglês), pode resultar em uma resistividade linear na temperatura (comportamento de metal estranho) que é mensurável em laboratório só por transporte de Boltzmann. Uma característica relevante deste desenvolvimento é que o potencial químico no estado fundamental tem um limite superior como função da intensidade de interação, o que causa o QCP. Essa análise estabelece a relevância de resolver o potencial químico com dependência na temperatura, o que é por vez ignorado em modelos teóricos abordando estados de metal estranho. Por fim, sugerimos que os chamados quantum dots podem ser uma plataforma prática para observar a influência do potencial químico no parâmetro de interação elétron-elétron.
Palavras-chave: matéria condensada, elétrons fortemente correlacionados, metais estranhos, quantum dots.
