量子霍尔系统中 Rashba 自旋 - 轨道相互作用的电荷与自旋特性 signatures

我们研究了在随机平滑静电无序、Rashba 自旋 - 轨道耦合以及 Zeeman 相互作用存在下，强磁场中二维电子气的局部平衡性质。利用 Green 函数框架内的系统磁长度 ($l_B$) 展开，我们推导了局部自旋分辨粒子密度和电流密度的量子泛函，这些泛函可用于未来结合无序和平均场电子 - 电子相互作用的量子霍尔区域研究。我们指出，自旋极化呈现出奇特的空间依赖性，可用于通过局部探针确定 Rashba 耦合强度。电流密度的空间结构由可压缩和不可压缩贡献组成，也基本反映了 Rashba 自旋 - 轨道相互作用对能谱的影响。我们表明，在半经典极限 $l_B \rightarrow 0$ 下，对于任何有限强度的自旋 - 轨道相互作用，局部 Hall 电导率仍然以 $e^2/h$ 为单位保持量子化。相比之下，当后者为无穷大时，它变为半整数量子化，这种情况对应于由单个 Dirac 锥组成的无序拓扑绝缘体表面。最后，我们论证了如何在强磁场下定义与无耗散角动量流相关的 spin Hall 电导率，其特征是作为逆磁场函数的平台序列（因此无共振）。