III-V族半导体异质结中的极化与三阶霍尔效应

我们研究了III-V族半导体异质结构中具有Rashba-Dresselhaus（RD）自旋轨道耦合的二维电子气/空穴气（2DEG/2DHG）内由贝里联络极化率（BCP）诱导的电极化与三阶霍尔（TOH）效应。在两类体系中，电极化随费米能量增加而减小，并在存在RD自旋轨道耦合时对电场方向有响应。我们确定了BCP诱导的TOH电导率（$\chi_{\perp}^{\text{I}}$）以及与能带速度相关的TOH电导率（$\chi_{\perp}^{\text{II}}$）。我们发现，在主导的Rashba耦合之外存在无穷小量的Dresselhaus耦合会导致有限的TOH响应。当电场与/或垂直于对称线 $k_x\pm k_y=0$ 对齐时，这两类电导率在两体系中均消失。对于具有 $k$-线性RD相互作用的2DEG典型系统参数，$\chi_{\perp}^{\text{I}}$ 的量级小于 $\chi_{\perp}^{\text{II}}$。另一方面，当两种SO耦合相当时，$\chi_{\perp}^{\text{I}}$ 的量级因BCP的独特特性而显著增大。当Rashba与Dresselhaus自旋轨道耦合互换时，2DEG的TOH电导率保持不变。对于具有 $k$-立方RD相互作用的2DHG，$\chi_{\perp}^{\text{I},h}$ 展现出比 $\chi_{\perp}^{\text{II},h}$ 更大的量级。与电子情形不同，BCP诱导的 $\chi_{\perp}^{\text{I},h}$ 在自旋轨道耦合参数互换时发生改变，而 $\chi_{\perp}^{\text{II},h}$ 保持不变。