最近,中科院高能物理研究所理論室凌意研究員與合作者在全息引力研究方面取得了最新進(jìn)展，其成果于8月25日發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊《物理評(píng)論快報(bào)》（Phys. Rev. Lett.113, 091602 (2014)）上。他們?cè)趪?guó)際上首次研究了全息電荷密度波的線性響應(yīng)行為，并觀察到了實(shí)際材料中電荷密度波所具有的兩個(gè)基本特征，在理論上為實(shí)現(xiàn)和研究金屬-絕緣體相變提供了一種新的機(jī)制。
上世紀(jì)六七十年代貝肯斯坦和霍金關(guān)于黑洞熵的工作揭開了探索時(shí)空微觀結(jié)構(gòu)及其量子行為的序幕。他們發(fā)現(xiàn)黑洞不僅具有熵，而且其取值與黑洞視界的面積成正比，這不同于通常熱力學(xué)系統(tǒng)中熵與體積成正比的規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，上世紀(jì)九十年代Gerard 't Hooft 和Leonard Susskind相繼提出我們?nèi)S世界的所有信息可能完全包含在一個(gè)二維曲面之上，這被稱為引力的全息原理。引力全息性質(zhì)的研究對(duì)于揭示引力的本質(zhì)屬性和構(gòu)建引力的量子理論具有重要意義，現(xiàn)其主要實(shí)現(xiàn)途徑是從超弦理論中發(fā)展起來(lái)的引力/規(guī)范對(duì)偶（AdS/CFT對(duì)應(yīng)）。近年，通過(guò)全息引力的研究，人們驚奇地發(fā)現(xiàn)廣義相對(duì)論不僅能研究引力相關(guān)現(xiàn)象，而且還能作為一個(gè)研究強(qiáng)耦合系統(tǒng)的有力工具，應(yīng)用到高能粒子物理和凝聚態(tài)物理等領(lǐng)域，并且產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。其主要原因是因?yàn)?span>AdS/CFT對(duì)應(yīng)同時(shí)是一種強(qiáng)弱耦合的對(duì)偶，量子場(chǎng)中強(qiáng)耦合系統(tǒng)的諸多性質(zhì)可以通過(guò)研究經(jīng)典時(shí)空背景下對(duì)偶引力場(chǎng)和物質(zhì)場(chǎng)的擾動(dòng)來(lái)獲得，而這些擾動(dòng)完全由經(jīng)典場(chǎng)方程來(lái)控制。例如，全息超導(dǎo)模型的構(gòu)建為研究高溫超導(dǎo)理論機(jī)制提供了全新的方法和思路。
電荷密度波（CDW）是固態(tài)物質(zhì)中由于電聲相互作用而導(dǎo)致晶格畸變，從而使得電荷密度呈周期性分布的低能有序態(tài)，一直是凝聚態(tài)物理中人們最感興趣的前沿課題之一。凌意研究員帶領(lǐng)他的博士生牛超、冼卓宇，和渤海大學(xué)的吳健聘副教授、比利時(shí)自由大學(xué)博士后張宏寶密切合作，構(gòu)建了電荷密度波的全息對(duì)偶模型，通過(guò)數(shù)值求解愛因斯坦場(chǎng)方程和物質(zhì)場(chǎng)方程，在國(guó)際上首次研究了全息電荷密度波的線性響應(yīng)行為，并觀察到了實(shí)際材料中電荷密度波所具有的兩個(gè)基本特征，即釘扎集體模式和單粒子有隙激發(fā)，在理論上為實(shí)現(xiàn)和研究金屬-絕緣體相變提供了一種新的機(jī)制。這一成果為采用全息方法來(lái)研究與電荷密度波相關(guān)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象打開了一扇新窗口。
該項(xiàng)研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（Nos.11275208, 11305018 和 11178002）、理論物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題和江西省“贛鄱英才555工程”的支持。
說(shuō)明：以上兩圖分別給出了不同溫度下全息電荷密度波電導(dǎo)率的實(shí)部和虛部。實(shí)部中第一個(gè)峰代表了集體釘扎模式，第二個(gè)峰為單粒子有隙激發(fā)。其直流電導(dǎo)隨溫度降低而減小，實(shí)現(xiàn)了金屬到絕緣體的相變。
論文鏈接: http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.113.091602
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