$p$ 轨道螺旋原子链中的自旋过滤

我们从理论上分析了由自旋轨道相互作用（SOI）在两终端系统中诱导的自旋过滤，作为实验上在 DNA 等手性分子中观测到的“手性诱导自旋选择性”（CISS）效应的可能起源。由于 Bardarson 定理，包含单一轨道通道的分子中无法实现自旋过滤。然而，当涉及两个轨道时，SOI 可在不破坏时间反演对称性的情况下，在耦合到两个终端的分子中诱导自旋过滤。特别地，我们给出一个含两个轨道通道的分子中自旋电子透射的 $4 \times 4$ 反射矩阵示例，其满足 Bardarson 定理并产生有限自旋电导。作为实现单链 DNA 的微观玩具模型，我们考虑具有原子内 SOI 及沿螺旋方向的强晶场的 $p$ 轨道螺旋原子链。该模型展现双轨道自旋过滤：在保持螺旋对称性的各种参数下，模型具有自旋不对称态，承载成对反向传播的上、下自旋。螺旋态的典型能量尺度为原子内 SOI 与曲率的乘积。该能量的大数值表明我们的模型是解释有机分子中 CISS 的可能候选。