Dirac/Weyl-node-induced oscillating Casimir effect
Abstract: The Casimir effect is a quantum phenomenon induced by the zero-point energy of relativistic fields confined in a finite-size system. This effect for photon fields has been studied for a long time, while the realization of counterparts for fermion fields in Dirac/Weyl semimetals is an open question. We theoretically demonstrate the typical properties of the Casimir effect for relativistic electron fields in Dirac/Weyl semimetals and show the results from an effective Hamiltonian for realistic materials such as Cd$_3$As$_2$ and Na$_3$Bi. We find an oscillation of the Casimir energy as a function of the thickness of the thin film, which stems from the existence of Dirac/Weyl nodes in momentum space. Experimentally, such an effect can be observed in thin films of semimetals, where the thickness dependence of thermodynamic quantities is affected by the Casimir energy.
- H. B. G. Casimir, Proc. Kon. Ned. Akad. Wetensch. 51, 793 (1948).
- S. K. Lamoreaux, Phys. Rev. Lett. 78, 5 (1997), [Erratum: Phys. Rev. Lett. 81, 5475 (1998)].
- V. M. Mostepanenko and N. N. Trunov, Sov. Phys. Usp. 31, 965 (1988).
- K. A. Milton, The Casimir Effect: Physical Manifestations of Zero-Point Energy (World Scientific, Singapore, 2001).
- S. Murakami, New J. Phys. 9, 356 (2007), arXiv:0710.0930 [cond-mat.mes-hall] .
- A. A. Burkov and L. Balents, Phys. Rev. Lett. 107, 127205 (2011), arXiv:1105.5138 [cond-mat.mes-hall] .
- A. G. Grushin and A. Cortijo, Phys. Rev. Lett. 106, 020403 (2011), arXiv:1002.3481 [cond-mat.mtrl-sci] .
- L. Chen and S. Wan, Phys. Rev. B 84, 075149 (2011), arXiv:1105.3554 [cond-mat.other] .
- W.-K. Tse and A. H. MacDonald, Phys. Rev. Lett. 109, 236806 (2012), arXiv:1208.3786 [cond-mat.mes-hall] .
- P. Rodriguez-Lopez and A. G. Grushin, Phys. Rev. Lett. 112, 056804 (2014), arXiv:1310.2470 [cond-mat.mes-hall] .
- L. Chen and K. Chang, Phys. Rev. Lett. 125, 047402 (2020).
- Q.-D. Jiang and F. Wilczek, Phys. Rev. B 99, 125403 (2019), arXiv:1805.07994 [cond-mat.mes-hall] .
- B.-S. Lu, Universe 7, 237 (2021), arXiv:2105.11059 [cond-mat.mes-hall] .
- M. Pawellek,  arXiv:1303.4708 [hep-th] .
- K. Nakayama and K. Suzuki, Phys. Rev. Res. 5, L022054 (2023), arXiv:2204.12032 [quant-ph] .
- K. Nakata and K. Suzuki, Phys. Rev. Lett. 130, 096702 (2023), arXiv:2205.13802 [quant-ph] .
- Y. V. Mandlecha and R. V. Gavai, Phys. Lett. B 835, 137558 (2022), arXiv:2207.00889 [hep-lat] .
- O. Pavlovsky and M. Ulybyshev, Int. J. Mod. Phys. A 25, 2457 (2010a), arXiv:0911.2635 [hep-lat] .
- O. V. Pavlovsky and M. V. Ulybyshev, Theor. Math. Phys. 164, 1051 (2010b), [Teor. Mat. Fiz. 164, 262 (2010)].
- O. Pavlovsky and M. Ulybyshev, Int. J. Mod. Phys. A 26, 2743 (2011), arXiv:1105.0544 [quant-ph] .
- O. Pavlovsky and M. Ulybyshev,  arXiv:0901.1960 [hep-lat] .
- K. Johnson, Acta Phys. Polon. B 6, 865 (1975).
- P. Hays, Annals Phys. 121, 32 (1979).
- S. G. Mamaev and N. N. Trunov, Sov. Phys. J. 23, 551 (1980).
- J. Ambjørn and S. Wolfram, Annals Phys. 147, 1 (1983).
- G. A. Steigmann and J. Goodyear, Acta Cryst. B 24, 1062 (1968).
Paper Prompts
Sign up for free to create and run prompts on this paper using GPT-5.
Top Community Prompts
Collections
Sign up for free to add this paper to one or more collections.