Shear sound of two-dimensional Fermi liquids

Abstract

We study the appearance of a sharp collective mode which features transverse current fluctuations within the bosonization approach to interacting two-dimensional Fermi liquids. This mode is analogous to the shear sound modes in elastic media, and, unlike the conventional zero sound mode, it is damped in weakly interacting Fermi liquids and only separates away from the particle-hole continuum when the quasiparticle mass becomes twice the transport mass m * 2m. The shear sound should be present in a large class of interacting charged and neutral Fermi liquids especially those proximate to critical points where the quasiparticle mass diverges. In metals this mode remains linearly dispersing in the presence of the long-ranged Coulomb force, unlike the conventional zero sound mode which becomes the plasma mode. We also detail a quick path between bosonization and classical Landau's Fermi liquid theory by constructing a mapping between the solutions of the classical kinetic equation and the quantized bosonic eigenmodes. By further mapping the kinetic equation into a 1D tight-binding model we solve for the entire spectrum of collective and incoherent particle-hole excitations of Fermi liquids with non-zero F0 and F1 Landau parameters.

Quantum paracrystalline shear modes of the electron liquid

“…On the other hand, classical solids display transverse waves as well, which originate from their finite restoring force to shear deformations [2]. Quantum Fermi fluids can dramatically differ from this paradigm by displaying long-lived and propagating collective shear sound waves at arbitrarily small frequency and wave vector while lacking any form of static crystalline order [3][4][5][6][7].…”

Two-dimensional Fermi liquid dynamics with density-density and quadrupolar interactions

“…However, they are possible when higher angular momentum components of the interactions are considered. Very recently, an equivalent excitation called share sound was computed in a Fermi liquid model with dipolar interactions (F 1 ) 27 . For attractive interactions, the share mode is damped, acquiring an important spectral weight near zero frequency, in the Pomeranchuk instability region.…”

Магнитозвуковые Волны В Двумерной Электронной Ферми-Жидкости

“…Однако гидродинамический режим электронного транспорта в проводниках был экспериментально открыт только недавно в новых ультрачистых материалах: квантовых ямах GaAs [5][6][7][8][9][10], моновалентном слоистом металле PdCoO 2 [11], объемном вейлевском металле WP 2 [12] и графене [13][14][15]. Эти экспериметальные открытия сопровождались интенсивным развитием теории [16][17][18][19][20][21][22][23][24][25][26][27][28][29][30][31].…”

“…Высокочастотный транспорт в вязкой электронной жидкости теоретически рассматривался в нескольких недавних публикациях [27][28][29][30][31][32]. Переменное течение жидкости в длинном образце в нулевом магнитном поле изучалось в рамках гидродинамического подхода в [27,28].…”

“…Переменное течение жидкости в длинном образце в нулевом магнитном поле изучалось в рамках гидродинамического подхода в [27,28]. В работе [30] были рассмотрены поперечный нулевой звук и плазмоны в двумерной сильно неидеальной ферми-жидкости в отсутствиe магнитного поля. В статье [31] было показано, что коэффициенты вязкости двумерных электронов имеют резонанс на частоте ω, равной удвоенной циклотронной частоте электронов 2ω c .…”