二维自旋轨道耦合费米气体中的量子相变与 Berezinskii-Kosterlitz-Thouless 温度

我们研究了自旋轨道耦合对二维 (2D) 费米气体在零温和非零温下行为的影响。我们将 Rashba 和 Dresselhaus 项的通用组合纳入系统哈密顿量，这使我们能够研究实验相关的等 Rashba-Dresselhaus (ERD) 极限以及仅 Rashba (RO) 极限。在零温下，我们推导了作为两体结合能和塞曼场函数的相图。在 ERD 情形下，该相图揭示了几个拓扑不同的均匀超流相，根据准粒子激发能的节点结构分类。此外，我们利用依赖于动量的 SU(2) 旋转将系统变换到广义螺旋度基，揭示出自旋轨道耦合诱导了序参量的三重态配对分量。在非零温度下，我们通过包含高达二阶的序参量相位涨落，研究了 Berezinskii-Kosterlitz-Thouless (BKT) 相变。我们表明超流密度由于自旋轨道耦合的存在而变得各向异性（RO 情形除外）。这导致椭圆涡旋和反涡旋，以及各向异性的声速。后者被证明对拓扑不同相之间的量子相变敏感。我们进一步表明，在固定的非零塞曼场下，ERD 自旋轨道耦合提高了 BKT 临界温度。随后，我们证明 Clogston 极限变为无穷：在所有有限的塞曼场值下 $T_{\rm{BKT}}$ 保持非零。最后，利用准粒子谱的节点结构，我们将量子相变线延伸至非零温度，从而将 BKT 临界温度与零温结果联系起来。