Axions e superfluididade em semimetais de Weyl

Uma teoria de campo efetiva (EFT) para axions dinâmicos em semimetais de Weyl (WSMs) é apresentada. Uma excitação de axion pseudoscalar é prevista em WSMs a temperaturas suficientemente baixas, independentemente da força do autoacoplamento de fermions de Weyl. Para autoacoplamento forte de fermions, o axion é o bóson de Goldstone sem lacuna da quebra de simetria espontânea chiral U(1)ch. Para autoacoplamento fraco de fermions, um axion também é gerado em densidade chiral não zero para nós de Weyl deslocados em energia, como um modo coletivo sem lacuna de excitações de pares de fermions correlacionados na superfície de Fermi. Este é um exemplo explícito da extensão do teorema de Goldstone para quebra de simetria pela própria anomalia axial. Em ambos os casos, o axion é uma onda de densidade chiral ou modo phason do estado superfluido do WSM, e os fermions de Weyl formam um condensado chiral 〈ψ¯ψ〉 a temperaturas baixas. Na presença de um campo magnético aplicado, o modo axion torna-se gapado, em analogia ao mecanismo de Anderson–Higgs em um supercondutor. A correspondência de anomalias de 't Hooft, do ultravioleta ao infravermelho, é verificada diretamente na abordagem da EFT. Portanto, os WSMs fornecem um sistema quântico interessante no qual comportamento superfluido, líquido não-Fermi e um axion dinâmico são previstos para seguir diretamente da anomalia axial em uma EFT consistente que pode ser testada experimentalmente. Publicado pela American Physical Society 2024.