論文の概要: Quantum-classical dynamics of Rashba spin-orbit coupling

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.23758v1
• Date: Tue, 24 Mar 2026 22:33:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-26 21:06:11.046957
• Title: Quantum-classical dynamics of Rashba spin-orbit coupling
• Title（参考訳）: ラシュバスピン軌道カップリングの量子-古典力学
• Authors: Paul Bergold, Giovanni Manfredi, Cesare Tronci,
• Abstract要約: 混合量子古典モデルは完全量子シミュレーションの計算コストを削減するために広く用いられている。 Rashbaナノワイヤの1次元モデルにおける量子スピン1/2と古典軌道運動量の相互作用ダイナミクスについて検討する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.08739101659113156
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Mixed quantum-classical models are widely used to reduce the computational cost of fully quantum simulations. However, their general applicability across different classes of problems remains an open question. Here, we address this issue for systems featuring spin-orbit coupling. In particular, we study the interaction dynamics of quantum spin-1/2 and classical orbital momentum in one-dimensional models of Rashba nanowires. We tackle this problem by resorting to a new quantum-classical Hamiltonian model that, unlike conventional approaches, retains the Heisenberg principle and captures correlation effects beyond the common Ehrenfest approach. Based on Koopman wavefunctions in classical mechanics, the new model was recently implemented numerically via a particle scheme -- the koopmon method -- which is extended here to treat spin-orbit coupling. We apply the koopmon method to study the quantum-classical dynamics of nanowire models, with and without the presence of a harmonic potential and in both Rashba-dominated (strong coupling) and Zeeman-dominated (weak coupling) regimes. Considering realistic semiconductor parameters, the results are contrasted with both fully quantum and quantum-classical Ehrenfest dynamics. In the absence of external potential, the koopmon method qualitatively reproduces the features of the fully quantum evolution for all coupling regimes. While it exhibits a slight loss in spin accuracy compared to Ehrenfest simulations, the latter fail to capture the orbital dynamics. In the presence of a harmonic potential, the koopmon scheme reproduces the full quantum results with accuracy levels that are unachievable by the Ehrenfest model in both quantum and classical sectors. We conclude by presenting a test case that exhibits the formation of cat-like states.
• Abstract（参考訳）: 混合量子古典モデルは完全量子シミュレーションの計算コストを削減するために広く用いられている。 しかし、それらの一般適用性は、様々な種類の問題に適用可能であることは、未解決の問題である。 本稿では,スピン軌道結合を特徴とするシステムにおけるこの問題に対処する。 特に、Rashbaナノワイヤの一次元モデルにおける量子スピン1/2と古典軌道運動量の相互作用ダイナミクスについて検討する。 我々は、従来のアプローチとは異なり、ハイゼンベルクの原理を維持し、一般的なエレンフェストのアプローチを超えて相関効果を捉える新しい量子古典的ハミルトンモデルに頼ってこの問題に取り組む。 古典力学におけるクープマン波動関数に基づいて、新しいモデルは、スピン軌道結合を扱うためにここで拡張された粒子スキーム、クープモン法により、最近数値的に実装された。 本研究では,ナノワイヤモデルの量子古典力学を,高調波ポテンシャルとRashba-dominated(強結合)とZeeman-dominated(弱結合)の両系で研究する。 現実的な半導体パラメータを考えると、結果は完全な量子と量子古典的エレンフェストのダイナミクスと対比される。 外部ポテンシャルがない場合、クープモン法は全ての結合状態に対する完全量子進化の特徴を質的に再現する。 エレンフェストのシミュレーションと比較すると、スピン精度はわずかに低下するが、後者は軌道力学を捉えることができない。 調和ポテンシャルの存在下では、コオプモンスキームは量子と古典の両方のセクターにおけるエレンフェストモデルによって達成できない正確度で完全な量子結果を再現する。 猫のような状態の形成を示すテストケースを提示する。

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