基于Rashba自旋軌道相互作用的非常規(guī)超導(dǎo)態(tài)和鐵磁序

在凝聚態(tài)物理領(lǐng)域，Rashba材料由于其獨(dú)特的自旋軌道耦合（SOC）特性而引起了廣泛關(guān)注。Rashba自旋軌道耦合是一種相對(duì)論效應(yīng)，在具有結(jié)構(gòu)反演非對(duì)稱性的材料中，電子的自旋和動(dòng)量耦合在一起。

在Rashba材料中，電子-電子相互作用在塑造電子景觀中起著關(guān)鍵作用。與傳統(tǒng)的SOC不同，PSOI不依賴于結(jié)構(gòu)反演非對(duì)稱性，而是由電子之間的庫侖相互作用引起的。PSOI能引發(fā)非常規(guī)超導(dǎo)性，其中電子對(duì)形成總動(dòng)量不為零的庫珀對(duì)。這種超導(dǎo)性，通常稱為“p波”超導(dǎo)性，與傳統(tǒng)的s波超導(dǎo)體有所不同。

Rashba材料中的超導(dǎo)相

PSOI與Rashba SOC的相互作用產(chǎn)生了豐富的超導(dǎo)相圖。在三維系統(tǒng)中，PSOI的符號(hào)和強(qiáng)度可以導(dǎo)致不同的超導(dǎo)相，類似于在超流氦-3（3He）中觀察到的A相和B相。Rashba材料可以表現(xiàn)出拓?fù)淦接购头瞧接沟某瑢?dǎo)態(tài)。

在二維系統(tǒng)中，Rashba SOC的存在可以穩(wěn)定時(shí)間反演不變的拓?fù)涑瑢?dǎo)性。這種奇異的相以馬約拉納邊緣態(tài)為特征，這些零能模服從非阿貝爾統(tǒng)計(jì)。這些態(tài)對(duì)于拓?fù)淞孔佑?jì)算應(yīng)用具有巨大潛力，因?yàn)樗鼈兝碚撋蠈?duì)局部擾動(dòng)具有魯棒性。

新興鐵磁性

Rashba材料的另一個(gè)引人注目的方面是在某些條件下的鐵磁性。當(dāng)PSOI足夠強(qiáng)時(shí)，它可以在系統(tǒng)中引發(fā)鐵磁有序。鐵磁性與費(fèi)米面變形有關(guān)，費(fèi)米面從傳統(tǒng)的球形變?yōu)?a target="_blank">環(huán)形。

Rashba材料中鐵磁性與超導(dǎo)性的相互作用尤為迷人。在高純度的Rashba系統(tǒng)中，鐵磁相和超導(dǎo)相可以共存，形成類似于超流氦-3（3He）中的A1相的新奇狀態(tài)。然而，由于獨(dú)特的費(fèi)米面拓?fù)洌@種共存狀態(tài)可能避免與此類相典型相關(guān)的節(jié)點(diǎn)點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)研究及應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)研究在理解 Rashba 材料中電子相互作用的影響方面起著至關(guān)重要的作用。已經(jīng)采用了各種實(shí)驗(yàn)技術(shù)來探測(cè)這些影響，包括：

角分辨光電子能譜 (ARPES)：ARPES 可用于直接探測(cè) Rashba 材料的電子結(jié)構(gòu)，并研究電子相互作用對(duì)能帶結(jié)構(gòu)的影響。

掃描隧道顯微鏡 (STM)：STM 可用于以原子尺度成像 Rashba 材料的表面，并研究局部電子性質(zhì)。

輸運(yùn)測(cè)量：輸運(yùn)測(cè)量，例如電導(dǎo)率和霍爾效應(yīng)測(cè)量，可用于研究電子相互作用對(duì) Rashba 材料輸運(yùn)性質(zhì)的影響。

自旋極化光譜：自旋極化光譜技術(shù)可用于直接探測(cè) Rashba 材料中的自旋紋理，并研究電子相互作用對(duì)自旋動(dòng)力學(xué)的影響。

Rashba材料的潛在應(yīng)用廣泛且多方面。在自旋電子學(xué)領(lǐng)域，通過SOC操控電子自旋的能力為創(chuàng)新的自旋基器件打開了大門。此外，在Rashba系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)拓?fù)涑瑢?dǎo)體可以通過提供基于馬約拉納模的容錯(cuò)量子比特的平臺(tái)來革新量子計(jì)算。

結(jié)論

Rashba材料中電子相互作用的研究揭示了一系列新奇的量子現(xiàn)象，從非常規(guī)超導(dǎo)性到新興鐵磁性。隨著理論模型的不斷完善和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步，我們對(duì)這些復(fù)雜系統(tǒng)的理解將不斷深化。從Rashba材料中獲得的洞見有望推動(dòng)自旋電子學(xué)和量子計(jì)算等領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，標(biāo)志著在充分利用量子材料潛力的道路上邁出了重要一步。