与手性边缘态耦合的自旋链寿命增强

我们考虑了在量子自旋霍尔（QSH）绝缘体边缘与一维（1D）电子气交换耦合的有限尺寸自旋链的自旋弛豫。自旋寿命可因两种独立机制而增强。首先，QSH 边缘的自旋-动量锁定所固有的自旋翻转前向散射受到抑制。其次，由于准粒子交换的相消干涉，自旋翻转后向散射得以减弱，该干涉由 $k_F d$ 调制，其中 $d$ 为自旋间距，$k_F$ 为电子气的费米波数。我们表明，通过适当调节乘积 $k_Fd$ 与自旋数目 $N$，反铁磁（AFM）耦合的 $S=1/2$ 自旋所构成奇数链之 $S=1/2$ 基态的自旋寿命可提升超过 4 个数量级，这与一维情形形成强烈对比。文中还讨论了可能的物理实现以及一些潜在问题。