Персистентные токи в одномерных системах сильно коррелированных электронов

Abstract

Рассматриваются зарядовые персистентные токи в одноканальных баллистических кольцах в различных моделях сильно коррелированных электронов (вигнеровский кристалл, латтинджеровская жидкость, модель Хаббарда, t-J-модель, фермионное представление модели Гейзенберга—Изинга). Основная цель обзора — сравнить свойства осцилляций Ааронова—Бома для слабо и сильно коррелированных электронов и сформулировать тот набор характеристик персистентного тока, который однозначно бы указывал на аномальное (отличающееся от ферми-жидкости) поведение одномерных электронных систем. Для этой цели подробно анализируется проявление эффекта четности (зависимость отклика системы от четности числа частиц в кольце) и различие свойств персистентного тока для модельных бесспиновых фермионов и реальных электронов. Рассмотрено также влияние отдельных примесей на величину и температурную зависимость амплитуды осцилляций Ааронова—Бома. Продемонстрировано, что формирование вигнеровского кристалла (возможное при слабоэкранированном кулоновском взаимодействии) приводит к резко выраженной аномальной (немонотонной) температурной зависимости величины тока в неидеальном кольце. Локальные типы элект-рон-электронного взаимодействия наиболее существенно изменяют свойства зарядового тока вблизи моттов-ского перехода металл—диэлектрик.

Розглядаються зарядові персистентні струми в одноканальних балістичних кільцях в різних моделях сильно корельованих електронів (вігнерівський кристал, латтінджеріиська рідина, модель Хаббарда, t-J-модель, ферміонне уявлення моделі Гейзенберга—Изінга). Основна мета огляду — порівняння властивостей осциляцій Ааронова—Бома для слабо і сильно корельованих електронів і сформулювати той набір характеристик персистетного струму, який однозначно зазначав би на аномальну (відмінну від фермі-рідини) поведінку одновимірних електронних систем. Для цього докладно аналізується виявлення ефекту парності (залежність відгука системи від парності числа частинок у кільці) та різниця у властивостях персистентного струма для модельних безспінових ферміонів і реальних електронів. Розглянуто також вплив окремих домішок на величину і температурну залежність амплітуди осциляцій Ааронова—Бома. Продемонстровано, що формування нігнерівського кристала (можливе при слабкоекранованій кулонівскій взаємодії) приводить до різко виявленої аномально? (немонотонно!) температурної залежності величини струму в неідеальному кільці. Локальні типи електрон- електронної взаємодії найбільш істотно змінюють властивості зарядового струму поблизу моттівського переходу метал—діелектрик.

Charge persistent currents in one-channel ballisic rings for various models of strongly correlated electrons (the Wigner crystal, Luttinger liquid, the Hubbard model, the t-J model, the fermion representation of the Heisenberg-Ising model) are studied. The main goal of the review is to compare the properties of the Aharonov-Bohm oscillations for weakly and strongly correlated electrons and formulate the set of persistent current characteristics, which shows the anomalous (different from the Fermi liquid) behavior of ID electron systems.

For this purpose the manifestation of the parity effect (the dependence of the response type on the particle in ring number parity) and the difference of persistent current properties for model spinless fermions and real electrons are analyzed. The influence of single impurities on magnitude ^nd temperature dependence of Aharonov-Bohm oscillations has been studied. It is demonstrated that the formation of a Wigner crystal (which can take place for weakly screened Coulomb interaction) causes sharp anomalous (non-monotonic) temperature dependence of the current value for the nonideal ring. Local types of electron-electron interaction change most essentially the charge current properties near the Mott metaj-insulator transition.