具有 Rashba 自旋轨道耦合的过势垒光电子发射

我们建立了一个理论模型，用于计算具有 Rashba 自旋轨道耦合（RSOC）效应的材料的光电子发射量子效率（QE）。在低温极限下，得到 QE 与 RSOC 强度之间的解析标度关系：QE $\propto (\hbar\omega-W)^2+2E_R(\hbar \omega-W) -E_R^2/3$，其中 $\hbar\omega$、$W$ 和 $E_R$ 分别为入射光子能量、功函数和 RSOC 参数。有趣的是，RSOC 效应显著提高了强 RSOC 材料的 QE。例如，由于存在强 RSOC，Bi$_2$Se$_3$ 和 Bi/Si(111) 的 QE 分别提高了 149% 和 122%。通过拟合光电子发射特性，该解析标度律可用于提取 RSOC 强度，从而为表征材料中的 RSOC 效应提供了有用工具。重要的是，当使用传统的 Fowler-Dubridge 模型时，提取结果可能偏离实际值约 $\sim90\%$，从而突显了采用我们的模型来分析光电子发射（尤其是强 RSOC 材料）的重要性。这些发现为利用 Rashba 自旋电子材料设计光发射体提供了理论基础。