GaAs 阱中的自旋 - 轨道相互作用：从单子带到双子带

我们研究了 GaAs 量子阱中的 Rashba 和 Dresselhaus 自旋 - 轨道（SO）耦合，其阱宽 $w$ 的范围允许电子占据从单子带过渡到双子带。通过执行详细的 Poisson-Schr\"odinger 自洽计算，我们确定了所有子带内和子带间的 Rashba（$\alpha_1$，$\alpha_2$，$\eta$）和 Dresselhaus（$\beta_1$，$\beta_2$，$\Gamma$）耦合强度。对于仅占据一个子带的相对较窄的阱，我们的结果与 Koralek \emph{et al.} [Nature \bfs{48}, 610 (2009)] 的数据一致，即 Rashba 耦合 $\alpha_1$ 本质上独立于 $w$，而线性 Dresselhaus 系数 $\beta_1$ 则随 $w$ 减小。当我们加宽阱使得第二个子带也能被占据时，我们观察到 $\alpha_2$ 减小而 $\alpha_1$ 增加，两者几乎都随 $w$ 线性变化。有趣的是，我们发现所研究的参数范围内（即非常不对称的阱），$\alpha_2$ 可以达到零并改变符号，而 $\alpha_1$ 始终为正。在这种 $w$ 的双占据机制下，$\beta_1$ 大部分保持恒定，而 $\beta_2$ 随 $w$ 减小（类似于单占据机制下的 $\beta_1$）。另一方面，子带间 Rashba 耦合强度 $\eta$ 随 $w$ 减小，而子带间 Dresselhaus 耦合 $\Gamma$ 几乎保持恒定。我们还确定了持续自旋螺旋对称点，在这些点上，每个子带中的 Rashba 耦合与经过重整化（由于立方修正）的线性 Dresselhaus 耦合相等，并将其表示为阱宽和掺杂不对称性的函数。我们的结果应能激发探测多子带阱中 SO 耦合的实验。