Optical Conductivity in Symmetric Mass Generation Insulators (2405.05339v1)
Abstract: Symmetric mass generation (SMG) insulators are interaction-driven, featureless Mott insulating states in quantum many-body fermionic systems. Recent advancements suggest that zeros in the fermion Green's function could lead to non-vanishing negative optical conductivity in SMG insulators, even below the charge excitation gap. This study explores the origin of this unusual behavior through the lens of pole-zero duality, highlighting a critical issue where the current operator becomes unbounded, rendering the response function unphysical. By employing a lattice model, we derive a well-behaved lattice regularization of the current operator, enabling a detailed study of optical conductivity in SMG insulators. Utilizing both analytical and numerical methods, including strong-coupling expansions, we confirm that SMG insulators exhibit no optical conductivity at low energies below the charge gap, effectively resolving the paradox. This work not only deepens our understanding of quantum many-body phenomena but also lays a robust theoretical groundwork for future experimental explorations of SMG materials.
- J. Wang and X.-G. Wen, arXiv e-prints , arXiv:1307.7480 (2013), arXiv:1307.7480 [hep-lat] .
- V. Ayyar and S. Chandrasekharan, Phys. Rev. D 91, 065035 (2015), arXiv:1410.6474 [hep-lat] .
- K. Slagle, Y.-Z. You, and C. Xu, Phys. Rev. B 91, 115121 (2015), arXiv:1409.7401 [cond-mat.str-el] .
- Y. BenTov, Journal of High Energy Physics 7, 34 (2015), arXiv:1412.0154 [cond-mat.str-el] .
- S. Catterall, Journal of High Energy Physics 1, 121 (2016), arXiv:1510.04153 [hep-lat] .
- V. Ayyar and S. Chandrasekharan, Phys. Rev. D 93, 081701 (2016a), arXiv:1511.09071 [hep-lat] .
- V. Ayyar and S. Chandrasekharan, Journal of High Energy Physics 10, 58 (2016b), arXiv:1606.06312 [hep-lat] .
- E. Witten, Phys. Rev. B 94, 195150 (2016), arXiv:1605.02391 [hep-th] .
- V. Ayyar, ArXiv e-prints (2016), arXiv:1611.00280 [hep-lat] .
- M. DeMarco and X.-G. Wen, arXiv e-prints , arXiv:1706.04648 (2017), arXiv:1706.04648 [hep-lat] .
- V. Ayyar and S. Chandrasekharan, Phys. Rev. D 96, 114506 (2017), arXiv:1709.06048 [hep-lat] .
- D. Schaich and S. Catterall, in European Physical Journal Web of Conferences, European Physical Journal Web of Conferences, Vol. 175 (2018) p. 03004, arXiv:1710.08137 [hep-lat] .
- Y. Kikukawa, PTEP 2019, 113B03 (2019), arXiv:1710.11618 [hep-lat] .
- Y. Kikukawa, Progress of Theoretical and Experimental Physics 2019, 073B02 (2019), arXiv:1710.11101 [hep-lat] .
- N. Butt and S. Catterall, in The 36th Annual International Symposium on Lattice Field Theory. 22-28 July (2018) p. 294, arXiv:1811.01015 [hep-lat] .
- N. Butt, S. Catterall, and D. Schaich, Phys. Rev. D 98, 114514 (2018), arXiv:1810.06117 [hep-lat] .
- J. Wang and X.-G. Wen, Physical Review Research 2, arXiv:1809.11171 (2020), arXiv:1809.11171 [hep-th] .
- S. Catterall, N. Butt, and D. Schaich, arXiv e-prints , arXiv:2002.00034 (2020), arXiv:2002.00034 [hep-lat] .
- S. S. Razamat and D. Tong, Physical Review X 11, 011063 (2021), arXiv:2009.05037 [hep-th] .
- S. Catterall, Phys. Rev. D 104, 014503 (2021), arXiv:2010.02290 [hep-lat] .
- N. Butt, S. Catterall, and G. C. Toga, arXiv e-prints , arXiv:2111.01001 (2021a), arXiv:2111.01001 [hep-lat] .
- W. Hou and Y.-Z. You, arXiv e-prints , arXiv:2212.13364 (2022), arXiv:2212.13364 [cond-mat.str-el] .
- D.-C. Lu, J. Wang, and Y.-Z. You, arXiv e-prints , arXiv:2302.12731 (2023a), arXiv:2302.12731 [cond-mat.str-el] .
- Y. Guo and Y.-Z. You, Phys. Rev. B 108, 115139 (2023), arXiv:2306.17420 [cond-mat.str-el] .
- D. Tong, arXiv e-prints , arXiv:2104.03997 (2021), arXiv:2104.03997 [hep-th] .
- J. Wang and Y.-Z. You, Symmetry 14, 1475 (2022), arXiv:2204.14271 [cond-mat.str-el] .
- V. Gurarie, Phys. Rev. B 83, 085426 (2011), arXiv:1011.2273 [cond-mat.mes-hall] .
- S. Catterall and D. Schaich, ArXiv e-prints (2016), arXiv:1609.08541 [hep-lat] .
- S. Catterall and N. Butt, Phys. Rev. D 97, 094502 (2018), arXiv:1708.06715 [hep-lat] .
- Y. Xu and C. Xu, arXiv e-prints , arXiv:2103.15865 (2021), arXiv:2103.15865 [cond-mat.str-el] .
- D. B. Kaplan and S. Sen, arXiv e-prints , arXiv:2112.06954 (2021), arXiv:2112.06954 [cond-mat.mes-hall] .
- D. B. Kaplan and S. Sen, arXiv e-prints , arXiv:2205.05707 (2022), arXiv:2205.05707 [cond-mat.str-el] .
- D.-C. Lu, M. Zeng, and Y.-Z. You, Phys. Rev. B 108, 205117 (2023c), arXiv:2307.12223 [cond-mat.str-el] .
- M. Golterman and Y. Shamir, Phys. Rev. Lett.  132, 081903 (2024), arXiv:2311.12790 [hep-lat] .
- O. Greenberg, Annals of Physics 16, 158 (1961).
- M. Dütsch and K.-H. Rehren, Annales Henri Poincaré 4, 613 (2003), arXiv:math-ph/0209035 [math-ph] .
- T. M. Nebabu and X. Qi, arXiv e-prints , arXiv:2306.16687 (2023), arXiv:2306.16687 [hep-th] .
- X. Zeng and L.-Y. Hung, Entropy 25, 1543 (2023), arXiv:2309.03178 [hep-th] .
- G. D. Mahan, Many-particle physics (Springer Science & Business Media, 2013).
- J. M. Luttinger, Phys. Rev. 119, 1153 (1960).
- A. Paramekanti and A. Vishwanath, Phys. Rev. B 70, 245118 (2004), arXiv:cond-mat/0406619 [cond-mat.str-el] .
- F. D. M. Haldane, arXiv e-prints , cond-mat/0505529 (2005), arXiv:cond-mat/0505529 [cond-mat.str-el] .
- G. Başar, D. E. Kharzeev, and I. Zahed, Phys. Rev. Lett.  111, 161601 (2013), arXiv:1307.2234 [hep-th] .
- Y.-M. Lu, Y. Ran, and M. Oshikawa, arXiv e-prints , arXiv:1705.09298 (2017), arXiv:1705.09298 [cond-mat.str-el] .
- G. Y. Cho, C.-T. Hsieh, and S. Ryu, Phys. Rev. B 96, 195105 (2017), arXiv:1705.03892 [cond-mat.str-el] .
- N. Bultinck and M. Cheng, Phys. Rev. B 98, 161119 (2018), arXiv:1808.00324 [cond-mat.str-el] .
- D. V. Else, R. Thorngren, and T. Senthil, Physical Review X 11, 021005 (2021), arXiv:2007.07896 [cond-mat.str-el] .
- X.-G. Wen, Phys. Rev. B 103, 165126 (2021), arXiv:2101.08772 [cond-mat.str-el] .
- D. V. Else and T. Senthil, Phys. Rev. Lett.  127, 086601 (2021), arXiv:2010.10523 [cond-mat.str-el] .
- R. Ma and C. Wang, arXiv e-prints , arXiv:2110.09492 (2021), arXiv:2110.09492 [cond-mat.str-el] .
- M. Cheng and N. Seiberg, arXiv e-prints , arXiv:2211.12543 (2022), arXiv:2211.12543 [cond-mat.str-el] .
- J. Wang and X.-G. Wen, Phys. Rev. D 99, 111501 (2019), arXiv:1807.05998 [hep-lat] .
- L. Su and M. Ivar (2024), to appear.
Paper Prompts
Sign up for free to create and run prompts on this paper using GPT-5.
Collections
Sign up for free to add this paper to one or more collections.