金属薄膜表面的电流诱导自旋极化：一个定理与第一性原理计算

金属薄膜表面（或更一般地，金属薄膜与不同金属或绝缘材料之间的界面）的反演对称性破缺极大地放大了自旋 - 轨道相互作用对表面性质的影响。这种效应最著名的表现是表面态能量的动量依赖分裂（Rashba 效应）。在此我们表明，当电流穿过薄膜体区时，相同的相互作用也会在体态中产生自旋极化。对于代表具有闭合费米面的金属的半无限 jellium 模型，我们作为一个定理证明：无论限制势的形状如何，每个表面处的诱导表面自旋密度均由 ${\bf S} =-\gamma \hbar {\bf \hat z}\times {\bf j}$ 给出，其中 ${\bf j}$ 是体区中的粒子流密度，${\bf \hat z}$ 是垂直于表面的单位矢量，而 $\gamma=\frac{\hbar}{4mc^2}$ 仅包含基本常数。对于一般金属固体，$\gamma$ 成为一个材料特定参数，控制着界面自旋 - 轨道耦合的强度。我们的定理结合对载流薄膜自旋极化的 {\it ab initio} 计算，使得能够确定 $\gamma$，这对于模拟界面处准粒子的自旋依赖散射应当是有用的。