Universität zu Köln

Guggenheim, Charles Moses (2020). Weyl semimetals: Euler structures and disorder. PhD thesis, Universität zu Köln.

Preview

PDF dissertation_Guggenheim.pdf - Published Version Download (3MB) | Preview

Abstract

We extended the idea of Euler structures and the Euler chain representation of Weyl semimetals within the framework of disordered free fermions to all ten symmetry classes. Euler structures are very useful in understanding the global topology of a Weyl semimetal and provide additional topological information besides the local invariant given by the Weyl charge. This additional information is encoded in the Euler chain and defines the Euler chain representation of a WSM. They also show a deep connection to surface Fermi arcs which are a direct experimental evidence of Weyl points. Moreover, we work out the effects of symmetries on the presence of Weyl points and corresponding Euler chains. In a second part we study the effects of disorder on Weyl points and try to derive a field theoretic description for Weyl semimetals. We use the methods of superbosonization and non-abelian bosonization to gain some insights to what a bosonic field theory of a WSM should look like. A three dimensional model of stacked two dimensional networks is constructed and we show that it describes a WSM phase. Further analysis of the model leads to a proposal of a potential field theory for the model.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Weyl Halbmetalle: Euler Strukturen und Unordnung German
Translated abstract:	Abstract Language Wir haben die Idee der Euler-Strukturen und die Euler-Kettendarstellung der Weyl-Halbmetalle im Rahmen ungeordneter freier Fermionen auf alle zehn Symmetrieklassen ausgedehnt. Euler-Strukturen sind sehr nützlich für das Verständnis der globalen Topologie eines Weyl-Halbmetalls und liefern neben der lokalen Invariante, die durch die Weyl-Ladung gegeben ist, zusätzliche topologische Informationen. Diese zusätzlichen Informationen sind in der Euler-Kette kodiert und definieren die Euler-Kettendarstellung eines Weyl Halbmetalls. Weiterhin hat die Euler-Kette eine tiefe Verbindung zu Fermi-Bögen auf der Oberfläche, welche ein direkter experimenteller Nachweis für Weyl-Punkte sind. Darüber hinaus arbeiten wir den Effekt von Symmetrien auf das Vorhandensein von Weyl-Punkten und entsprechenden Euler-Ketten heraus. In einem zweiten Teil untersuchen wir die Auswirkungen von Unordnung auf Weyl-Punkte und versuchen, eine feldtheoretische Beschreibung für Weyl-Halbmetalle abzuleiten. Wir verwenden die Methoden der Superbosonisierung und der nicht-abelschen Bosonisierung, um zu einem besseren Verständnis, wie eine bosonische Feldtheorie eines Weyl Halbmetalls aussehen sollte, zu gelangen. Es wird ein dreidimensionales Modell gestapelter zweidimensionaler Netzwerke konstruiert und wir zeigen, dass es eine Weyl Halbmetall-Phase beschreibt. Die weitere Analyse des Modells führt zu einem Vorschlag einer potentiellen Feldtheorie für das Modell. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Guggenheim, Charles Moses cg@thp.uni-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-121431
Date:	21 September 2020
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Physics > Institute for Theoretical Physics
Subjects:	Physics
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Weyl semimetal, topology, Euler structures English
Date of oral exam:	21 April 2020
Referee:	Name Academic Title Zirnbauer, Martin Prof. Dr. Altland, Alexander Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/12143