Dresselhaus 自旋軌道耦合表達式中多出的相同項由量子阱結構不對稱導致，與晶格本身無關，稱為結構反演不對稱自旋分裂（SIA），也叫結構反演不對稱。
基本介紹
- 中文名：結構反演不對稱自旋分裂
- 外文名：Structural inversion asymmetric spin splitting
- 簡稱：SIA
- 別名：結構反演不對稱
簡介,形成因素,研究進展,
簡介
半導體體系中，由於自旋軌道相互作用導致自旋簡併的解除，因而在哈密頓量中出現波矢的線性項，形成自旋分裂。這種分裂表現為電子能量與動量的色散關係由一條拋物曲面分裂為二，使自旋不同電子能級分裂。而引起自旋分裂的機制為：結構反演不對稱自旋分裂(SIA)導致的 Rashba 效應和晶體反演不對稱(BIA)導致的 Dresselhaus效應。同時異質結的界面反演不對稱(IIA)也可以導致 Dresselhaus 效應，因為其哈密頓量同BIA類似。
形成因素
結構反演不對稱自旋分裂(SIA)通常由內建電場、非對稱的摻雜，三角形量子勢阱、異質結等外部因素導致。
Rashba效應與Dresselhaus效應
自旋軌道相互作用表征電子自旋和運動的關係，通常表現為能級的分裂。在半導體電子學中，自旋軌道耦合是影響自旋操控和自旋馳豫的重要物理機制。反演非對稱半導體體系下的自旋軌道耦合會導致自旋分裂而引起Rashba 效應和 Dresselhaus 效應。
半導體體系中，由於自旋軌道相互作用導致自旋簡併的解除，因而在哈密頓量中出現波矢的線性項，形成自旋分裂。這種分裂表現為電子能量與動量的色散關係由一條拋物曲面分裂為二，使自旋不同電子能級分裂。而引起自旋分裂的機制為：結構反演不對稱(SIA)導致的 Rashba 效應和晶體反演不對稱(BIA)導致的 Dresselhaus效應。同時異質結的界面反演不對稱(IIA)也可以導致 Dresselhaus 效應，因為其哈密頓量同BIA類似。
研究進展
固體材料中有很多有趣的物理現象，例如磁晶各向異性、自旋霍爾效應、拓撲絕緣體等，都與自旋軌道耦合密切相關。在表面/界面體系中，由於結構反演不對稱自旋分裂導致的自旋軌道耦合稱為Rashba自旋軌道耦合，在半導體材料中獲得研究，並因其強度可由柵電壓靈活調控而備受關注，成為電控磁性的重要物理基礎之一。
自旋軌道耦合作用
磁性金屬表面態可同時存在鐵磁交換劈裂和Rashba自旋劈裂，並因此引起更多與自旋相關的物理現象Krupin等以Gd（0001）表面為例研究了磁性金屬表面Rashba自旋軌道耦合劈裂。先基於近自由電子模型定性描述了磁性金屬表面Rashba自旋劈裂。
自旋軌道耦合的電學方法調控
在半導體異質結中，Rashba自旋軌道耦合強度可由柵極電壓調控，這也是Rashba自旋軌道耦合比其他自旋軌道耦合作用更受關注的原因。屬表面的Rashba自旋軌道耦合能否通過外加電場來調控。2006年，Bihlmayer等以Lu（0001）為例研究了電場對金屬表面Rashba自旋軌道耦合的調控。在金屬表面存在垂直於表面的內建電場，該電場與金屬的功函式相關。對金屬表面施加外電場時，該外加電場可增加或降低表面態波函式的對稱性，進而增強或減弱表面Rashba自旋軌道耦合。
直接對金屬表面施加外電場也可以調控表面Rashba自旋軌道耦合強度利用第一性原理計算研究了電場對Au（111）表面自旋軌道耦合的調控。
除了直接對金屬表面施加外電場，在金屬/鐵電體複合材料界面，利用鐵電極化翻轉也可有效調控界面處Rashba自旋軌道耦合強度。2010年，Abdelouahed等利用第一性原理計算研究了Bi/BaTi03複合體系，發現BaTi03鐵電極化翻轉對Bi－6p軌道形成的Rashba自旋劈裂表面態有一定影響。
