无限大和有限尺寸扩散 Rashba 二维电子系统中的自旋霍尔效应：一种螺旋度基非平衡格林函数方法

我们采用非平衡格林函数方法研究具有 Rashba 自旋轨道相互作用的扩散二维电子系统中的自旋霍尔效应。在自洽玻恩近似下考虑长程电子-杂质散射势，我们发现自旋霍尔效应源于螺旋度基中的两种不同的带间极化：一种是由电场直接引起的与无序无关的极化，另一种是由电子-杂质散射介导的极化。与无序无关的极化与费米面以下的所有电子态相关，并产生原始的内禀自旋霍尔电流，而由无序介导的极化则来自费米面附近的电子态的贡献，并对自旋霍尔电流产生额外贡献。在扩散区域内，总自旋霍尔电导率在{\it 无限大}样品中消失，与温度、自旋轨道耦合常数、杂质密度以及电子-杂质散射势的具体形式无关。然而，在{\it 有限尺寸}的 Rashba 二维半导体中，自旋霍尔电导率不再总是为零。取决于微米范围内的样品尺寸，它可以是正的、零或负的，在低温下其最大绝对值可达 $e/8\pi$ 量级。随着样品尺寸的增加，总自旋霍尔电导率以递减的振幅振荡。我们还讨论了不同样品尺寸下自旋霍尔电导率的温度依赖性。