闪锌矿 InSb 与纤锌矿 InAs 纳米线中的自旋轨道耦合效应：基于多带 $\vec{k} \cdot \vec{p}$ 方法的真实计算

对 III-V 族半导体纳米线导带中的自旋轨道场进行了系统的数值研究。考虑了沿 [001]、[011] 和 [111] 方向的闪锌矿 InSb 纳米线，而纤锌矿 InAs 纳米线沿 [0001] 和 [10$\overline{1}$0] 或 [11$\overline{2}$0] 方向研究。通过使用实空间参数的平面波展开求解真实的多带 $\vec{k} \cdot \vec{p}\,$ 哈密顿量。在所有情况下，提取了纳米线宽度从 30 到 100 nm 的线性和三次自旋轨道耦合参数。典型的自旋轨道能量在 $\mu$eV 量级，除了沿 [10$\overline{1}$0] 或 [11$\overline{2}$0] 生长的 InAs 纤锌矿纳米线，其自旋轨道能量约为 meV，且与线径基本无关。通过施加横向电场引起 Rashba 效应，可获得显著的自旋轨道耦合。对于约 4 mV/nm 的电场，在所有研究的生长方向中两种材料的自旋轨道能量均约为 1 meV。自旋轨道效应最大的最有利系统为沿 [1010] 或 [11$\overline{2}$0] 生长的 InAs WZ 纳米线，因为此处即使无电场自旋轨道能量也已巨大（meV）。最不利的是沿 [0001] 生长的 InAs WZ 纳米线，因为此处即使电场也未将自旋轨道能量提升至 0.1 meV 以上。所呈现的结果应有助于半导体纳米线中光学取向、自旋输运、弱局域化和超导邻近效应的研究。