如何构建稳态非平衡中正确的规范不变密度矩阵：在自旋转移和自旋轨道力矩中的应用
介观与纳米尺度物理
2013-10-18 v2
摘要
在自旋电子器件中观测自旋密度和自旋电流（例如负责自旋转移力矩）的实验，仅测量这些量的非平衡贡献，这些贡献通常由注入非极化电荷电流或施加外部时变场驱动。另一方面，计算它们的理论方法同时涉及非平衡贡献（由费米面附近的电子携带）和平衡贡献（由费米海电子携带）。因此，需要一个明确的程序来移除平衡贡献，从而得到可测量的非平衡贡献，并满足规范不变条件，即物理量的期望值不应随各处电势平移一个常数而改变。利用非平衡格林函数框架，我们阐述了这样一个程序，该程序在连接两个宏观储库的开放量子系统的载流稳态下，在线性响应和弹性输运区域中产生了正确的规范不变非平衡密度矩阵。其应用通过以下计算予以说明：(i) 不对称 F/I/F 磁隧道结 (MTJs) 中的常规自旋转移力矩 (STT)；(ii) 在 I/F 界面具有强 Rashba 自旋轨道耦合 (SOC) 且注入电流垂直于该平面的不对称 N/I/F 半磁隧道结中的非常规 STT；以及 (iii) 清洁铁磁 Rashba 自旋分裂二维电子气 (2DEG) 内的电流驱动自旋密度，当此类 2DEG 位于 N/F 界面且注入电荷电流平行于平面流动时，它在横向图案化的 N/F/I 异质结构中产生自旋轨道 (SO) 力矩。
引用
@article{arxiv.1305.3180,
title = {How to construct the proper gauge-invariant density matrix in steady-state nonequilibrium: Applications to spin-transfer and spin-orbit torques},
author = {Farzad Mahfouzi and Branislav K. Nikolic},
journal= {arXiv preprint arXiv:1305.3180},
year = {2013}
}
备注
18 pages, 5 color EPS figures; mini-review prepared for SPIN (World Scientific); typos corrected and references added in v2