論文の概要: Divergent absorption from spin-orbit interaction in distorted Landau levels

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.01286v1
• Date: Thu, 2 Mar 2023 14:09:38 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-03 14:01:01.121195
• Title: Divergent absorption from spin-orbit interaction in distorted Landau levels
• Title（参考訳）: 歪曲ランドウ準位におけるスピン軌道相互作用からの発散吸収
• Authors: Dominik Sidler, Michael Ruggenthaler and Angel Rubio
• Abstract要約: 放射状、不均一な1/r$-磁場を受ける2次元電子ガスに対するスピン軌道(およびダーウィン)相互作用の効果を解析的に議論する。 吸収性スピン軌道スペクトルの数値計算により、理想的なInSb電子ガスは歪んだランダウの局在(原子)に支配される挙動を示す。 これらの対称性に従属する離散リードベルグ様バンド構造の出現を解析的に示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The effect of spin-orbit (and Darwin) interaction on a 2D electron gas subject to a radial symmetric, inhomogeneous $1/r$-magnetic field is discussed analytically in a perturbative and non-perturbative manner. For this purpose, we investigate the radial Hall conductivity that emerges from an additional homogeneous electric field perturbation perpendicular to the 2D electron gas, which solely interacts via spin-orbit coupling. Numerical calculation of the absorptive spin-orbit spectra show for an ideal InSb electron gas a behaviour that is dominated by the localized (atomic) part of the distorted Landau levels. In contrast, however, we also find analytically that a (non-local) divergent static response emerges for Fermi energies close to the ionization energy in the thermodynamic limit. The divergent linear response implies that the external electric field is entirely absorbed by induced radial spin-orbit currents, where the induced flow direction depends on the effective $g^*$-factor of the material. In more detail, the divergent currents show a critical behaviour at $g^*_c=2$, where it abruptly switches direction. The observed diverging spin-orbit absorption relies on the presence of degenerate energies with allowed selection rules that are imposed by the radial symmetry of our inhomogeneous setup. We show analytically the emergence of a discrete Rydberg-like band structure that obeys these symmetry properties. In a last step, we investigate the robustness of the spectra with respect to slow variations of the applied magnetic field, by solving analytically the Dirac equation expanded up to order $1/(mc)^2$. We find that the spin-orbit interaction from the time-dependent field variations cannot lift the static degeneracies, i.e., the degenerate states are protected with respect to slow changes of the $1/r$-magnetic field.
• Abstract（参考訳）: 半径対称で不均一な1/r$-磁場を受ける2次元電子ガスに対するスピン軌道(およびダーウィン)相互作用の効果を摂動的および非摂動的方法で解析的に検討した。 この目的のために、スピン軌道結合によってのみ相互作用する2d電子ガスに垂直な追加の均質な電界摂動から生じる放射状のホール伝導性を調べる。 吸収スピン軌道スペクトルの数値計算により、理想的なinsb電子ガスが歪んだランダウ準位の局所(原子)部分によって支配される挙動を示す。 しかし対照的に、熱力学極限における電離エネルギーに近いフェルミエネルギーに対して(非局所的な)発散静的応答が生じることも解析的に見出した。 発散線形応答は、外部電場が誘導された放射状スピン軌道電流によって完全に吸収され、誘導される流れ方向は材料の有効$g^*$-factorに依存することを意味する。 より詳しくは、分岐電流は$g^*_c=2$で臨界挙動を示し、そこで突然方向を切り替える。 観測されたスピン軌道吸収は、不均質な配置の半径対称性によって課される許容選択規則を持つ縮退エネルギーの存在に依存している。 これらの対称性に従う離散的ライドバーグ状バンド構造の出現を解析的に示す。 最後に,1/(mc)^2$という値まで拡張されたディラック方程式を解析的に解いて,印加磁場のゆるやかな変動に対するスペクトルのロバスト性について検討する。 時間に依存した磁場変動からのスピン軌道相互作用は静的な不均一性を持ち上げられないこと、すなわち1/r$-磁場の遅い変化に対して縮退状態が保護されることが判明した。

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