用于螺旋边缘态的自旋极化电压探针：一项模型研究

研究了与量子自旋霍尔系统（QSHS）的螺旋边缘态（HES）隧穿耦合的自旋极化电压探针（SPVP）的理论模型。我们的第一个 SPVP 模型包含 $N_{P}$ 个自旋极化模式（子探针），每个模式均与 HES 局域隧穿耦合，而 SPVP 整体满足零平均电流的自洽条件。我们进行了数值分析，表明从 HES 读取自旋分辨电压的最佳情况取决于探针-边缘隧穿耦合与探针中模式数（$N_P$）之间的相互作用。我们进一步通过在（i）子探针与 HES 之间围绕选定平均值的隧穿耦合以及（ii）子探针围绕 SPVP 净极化选定方向的自旋极化引入高斯涨落，研究了我们结果的稳定性。我们还对在 HES 上铁磁势垒两侧以自洽方式实现四个此类 SPVP 的情形进行了数值分析，并证明该模型有助于测量跨铁磁势垒的自旋分辨四探针电压降。作为第二个模型，我们采用量子反常霍尔态（QAHS）的边缘态作为 SPVP，其与 HES 在扩展区域隧穿耦合。考虑了包含 QSHS 与 QAHS 结的所提器件设置的量子输运的二维晶格模拟，并在最优无序强度下对使用 QAHS 边缘作为高效自旋极化电压探针的可行性进行了研究。