硅烯量子点中的长冈自旋-谷有序

我们研究硅烯中定义的一组量子点，其束缚电子态具有自旋和谷自由度。针对少电子体系，我们采用原子紧束缚和连续狄拉克近似，探寻由点间隧穿和电子-电子相互作用驱动的自发谷极化，即最近在具有三个过剩电子的GaAs方形量子点簇中确认的移动长冈铁磁有序的谷对应物[P. Dehollain, 等, Nature 579, 528 (2020)]。我们发现，对于无内禀自旋轨道耦合的哈密顿量——类似于具有交错势的石墨烯——只要系统自旋被外磁场冻结，就能在一定的点间间距范围内观察到基态的谷极化。对于支持谷极化基态的簇几何结构，谷间散射效应可忽略。在石墨烯特有的强内禀自旋轨道耦合存在时，无需外磁场即可观察到自旋和谷均极化的基态。由自旋轨道相互作用引起的有效磁场在简并基态中产生自旋与谷同位旋分量的完全反关联。