具有Rashba自旋-轨道耦合的量子线中弱局域化修正和自旋弛豫的维度依赖性

获得了具有线性Rashba自旋-轨道耦合的无序量子线中电导的量子修正。对于具有自旋守恒边界条件的量子线，我们通过Cooperon方程的精确对角化发现，随着线宽W的减小，存在从弱反局域化到弱局域化的交叉。这种交叉源于传导电子自旋弛豫率的维度依赖性，当线宽小于体自旋进动长度$L_{SO}$时，自旋弛豫率会减小。因此，我们证实了之前对于小线宽$W/L_{SO}<= 1$的结果[PRL98,176808(2007)]，其中仅考虑了Cooperon方程的横向0模。我们发现，在窄线中，对于任意比例的线性Rashba和Dresselhaus耦合，自旋螺旋解都变得稳定。对于较宽的线，发现自旋弛豫率作为线宽的函数不是单调的：当W与体$L_{SO}$量级相当时，自旋弛豫率首先增强，然后随着线宽减小而减小。此外，我们发现对于宽线，自旋弛豫在线边缘处最小。研究了垂直于二维电子系统的磁场的Zeeman耦合效应，发现它将从弱反局域化到弱局域化的交叉移至更大的线宽$W_c$。当量子线的横向约束势是平滑的（绝热的）时，发现随着W的减小，自旋弛豫率增强。我们发现，只有自旋极化态在这样的窄线中保持有限的自旋弛豫率。因此，我们得出结论，将极化自旋注入非磁性量子线在具有平滑约束势的线中应该是有利的。最后，在对应于横向周期性边界条件的管状线中，我们没有发现自旋弛豫率的减小。