螺旋液体中 RKKY 相互作用的电控与相互作用效应

我们研究了在由外部电场诱导的 Rashba 自旋轨道耦合和电子-电子相互作用存在下，量子自旋霍尔绝缘体的螺旋边缘态所介导的 RKKY 相互作用。我们表明，在 Rashba 耦合存在下，螺旋边缘态诱导的 RKKY 相互作用不仅包含类海森堡项和 Dzyaloshinskii-Moriya 项，还包含原本不存在的向列型项，其范围函数依赖于 Rashba 耦合的强度。我们还表明，电子-电子相互作用通过改变范围函数 $1/|x|$ 依赖关系的幂次来改变 RKKY 相互作用的强度。特别地，通过改变相互作用强度或 Rashba 耦合强度，在 Luttinger 液体参数值 $K=1/2$ 处会发生涉及 RKKY 相互作用符号改变的（杂质）量子相变。由于 Rashba 耦合强度和螺旋边缘态的化学势均可通过外部栅极电压进行电学调控，我们的结果不仅揭示了二维拓扑绝缘体边缘中磁性杂质关联的本质，也为量子计算中操控量子比特铺平了道路。