[Wulferding 박사, 김창영 교수] 자기장을 이용한 전하밀도파 Axial Higgs mode 제어 (Nature Communications 논문 게재)
“Magnetic field control over the axial character of Higgs modes in charge-density wave compounds”
대칭 파괴 과정이 어떻게 무질서에서 질서를 생성하는지를 이해하는 것은 자연에서 우리가 이해해야 하는 매우 중요한 문제이다. 이러한 면에서 질량이 있는 준입자인 스칼라 힉스 모드는 핵심 요소이며, 연속 대칭의 spontaneous breaking과 함께 나타난다. 이와 관련되어 있으나, 아직 발견되지 않은 axial 힉스(벡터의 성질을 가지는 보손)는 단일이 아닌 여러 개의 연속대칭을 동시에 깨뜨려야만 만들어질 수 있다. Axial 힉스는 최근 RTe3 전하밀도파 물질에서 발견되었다.
대칭 파괴 과정이 어떻게 무질서에서 질서를 생성하는지를 이해하는 것은 자연에서 우리가 이해해야 하는 매우 중요한 문제이다. 이러한 면에서 질량이 있는 준입자인 스칼라 힉스 모드는 핵심 요소이며, 연속 대칭의 spontaneous breaking과 함께 나타난다. 이와 관련되어 있으나, 아직 발견되지 않은 axial 힉스(벡터의 성질을 가지는 보손)는 단일이 아닌 여러 개의 연속대칭을 동시에 깨뜨려야만 만들어질 수 있다. Axial 힉스는 최근 RTe3 전하밀도파 물질에서 발견되었다.
본 연구에서 우리는 희토류 tretellurides(RTe3)에서 최근 발견된 axial 힉스 형태의 전하밀도파 진폭모드(amplitude mode)를 자기장을 이용하여 제어하려고 하였다. 우리는 시료에 인가한 자기장과 axial 힉스 신호 세기 사이에 선형적인 관계가 존재하며, 자기장의 방향을 바꾸면, 90° 위상 변이가 있음을 발견하였다. 이러한 결과를 통하여 axial 힉스의 axial 특성이 자성과 밀접한 관련이 있음을 알 수 있었고, 좀 더 구체적으로는 궤도 각운동량에 의한 것이라 사료된다. 우리의 연구는 향 후 힉스 모드의 axial 특성에 대한 in-situ 제어가 가능함을 알려주고 있다.
Understanding how symmetry-breaking processes generate order out of disorder is among the most fundamental problems of nature. The scalar Higgs mode – a massive (quasi-) particle – is a key ingredient in these processes and emerges with the spontaneous breaking of a continuous symmetry. Its related exotic and elusive axial counterpart, a Boson with vector character, can be stabilized through the simultaneous breaking of multiple continuous symmetries.
Here, we employ a magnetic field to tune the recently discovered axial Higgs-type charge-density wave amplitude modes in rare-earth tritellurides. We demonstrate a proportionality between the axial Higgs component and the applied field, and a 90° phase shift upon changing the direction of the magnetic field. This indicates that the axial character is directly related to magnetic degrees of freedom. Our approach opens up an in-situ control over the axial character of emergent Higgs modes.
Authors: Dirk Wulferding*(서울대), Jongho Park, Takami Tohyama, Seung-Ryong Park and Changyoung Kim*(서울대)
Publication date: 2 January 2025