电子自旋在有无自旋轨道相互作用的两个二维区域交界处处的反射与折射

我们仅利用能量守恒，推导了电子自旋从无非自旋轨道相互作用的准二维介质入射到另一个同时具有 Rashba 和 Dresselhaus 自旋轨道相互作用的介质时的反射和折射定律。我们得到了众所周知的结果：对于给定的入射角，折射到折射介质中两个自旋本征态时通常可以有两个不同的折射角，从而导致两个不同的“自旋折射率”以及两个全内反射临界角。我们推导了自旋折射率的表达式，它们对给定介质并非恒定，而是依赖于入射电子的能量。如果折射介质中电子的有效质量大于入射介质中的有效质量，那么我们证明，对于某些入射电子能量和界面处的势垒，入射介质的自旋折射率可介于折射介质的两个自旋折射率之间，从而仅产生一个临界角。在那种情况下，若入射角超过该临界角，则折射只能发生在折射介质中的一个自旋本征态中。如果对该体系进行设计以实现此情形，则将可能获得极高程度的自旋极化注入到折射介质中。针对具有任意自旋极化和入射能量的入射电子，我们推导了其自旋反射到自身自旋本征态和正交自旋本征态（由于界面处自旋翻转）的振幅，以及折射到折射介质中两个自旋本征态的折射振幅，作为入射角的函数。