石墨烯中外禀自旋霍尔效应的量子图解理论

我们提出了基于非微扰量子图解处理的有序石墨烯中外禀自旋霍尔效应的严格微观理论，该处理将偏斜散射（skew scattering）与反常的——与杂质浓度无关的——量子修正放在同等地位。对自旋霍尔电导率的领头阶偏斜散射贡献被证明在广泛参数范围内与玻尔兹曼输运理论定量相符。我们的自洽方法——对所有拓扑等价的不交叉图进行重求和——揭示了由自旋轨道活跃杂质产生的偏斜性深刻影响自旋霍尔电导率的反常分量，即使在弱散射区也是如此。这一看似反直觉的结果可由石墨烯中散射势的丰富子晶格结构解释，传统的高斯无序近似未能捕捉通过扩散产生的偏斜散射与侧跳之间的复杂关联。最后，我们通过评估最近在反常霍尔效应背景下考虑的一类重要交叉图子类，即 $X$ 和 $\Psi$ 图 [Ado et al., EPL 111, 37004 (2015)]，来审视量子干涉修正的作用。我们表明 $\Psi$ 图——编码量子相干偏斜散射——表现出强烈的费米能量依赖性，在远离狄拉克点处主导反常自旋霍尔分量。我们的发现对自旋轨道耦合石墨烯体系中的非局域输运实验具有直接意义。