具 Rashba 自旋轨道耦合的单层石墨烯中的手性隧穿：自旋电流

我们研究了费米能量 ${\varepsilon} > 0$ 下二维无质量狄拉克电子在单层石墨烯中穿过高度为 ${u_0}$ 的一维矩形势垒、且存在均匀 Rashba 自旋轨道耦合（强度为 ${\lambda}$）时的前向散射。由此揭示了克莱因悖论在石墨烯自旋电子学中的作用。结果表明：(1) 当 ${\varepsilon} - 2{\lambda} < {u_0}< {\varepsilon} + 2{\lambda}$ 时存在部分克莱因隧穿，其中透射率以 1 为上界，且颇为引人注目的是，对于小 ${\lambda} > {\lambda_0} {\approx} 0.1\ \text{meV}$，当散射能量等于势垒高度 ${\varepsilon}={u_0}$ 时透射率近乎消失。(2) 自旋密度与自旋电流密度与体单层石墨烯中预测的这些可观测量显著不同，尤其它们对 ${\lambda}$ 和 ${u_0}$ 敏感。(3) 自旋电流密度具有空间依赖性，意味着存在非零自旋转矩密度。此类系统可作为一种无需外磁场或磁性材料的基于石墨烯的自旋电子器件。