Thouless 拓扑电荷泵中的自旋与轨道角动量极化
介观与纳米尺度物理
2025-12-25 v1
摘要
在(1+1)维合成空间中，量子化电荷泵在拓扑物理领域已广泛研究，但轨道和自旋自由度在此类拓扑泵中所扮演的角色仍鲜有探讨。本文我们考察了拓扑泵如何产生自旋极化，并评估了这一机制是否可为众所周知的自旋选择性传输（chirality-induced spin selectivity）提供独特见解。我们对由圆偏振电场驱动的多轨道紧密束缚哈密顿量求解了时依赖的薛定谔方程。我们的主要发现如下：第一，系统固有的螺旋几何结构生成一种由单一控制参数支配的独特缠绕结构，与传统准静态泵机制不同，后者需要至少两个独立调制参数，从而为(1+1)维 Brillouin 区的拓扑结构提供了明确的解释。第二，在整个泵循环过程中能隙保持开启状态，Berry 位相驱动的电荷流动导致轨道极化。通过自旋-轨道耦合，这种轨道响应部分转化为自旋极化，其方向由电流方向和手性决定。基于(1+1)维与2维拓扑绝缘体之间的类比，我们指出，即使是二维实物材料的异常量子电荷霍尔态也可能伴随非平凡的自旋-轨道动力学。
引用
@article{arxiv.2512.20879,
title = {Spin and Orbital Angular Momentum Polarization in Thouless Topological Charge Pumping},
author = {Esmaeil Taghizadeh Sisakht and Uiseok Jeong and Xiao jiang and Jinseok Oh and Yizhou Liu and Binghai Yan and Noejung Park},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.20879},
year = {2025}
}