通过时间反演对称螺旋结的自旋选择性

本文分析了通过一个包含双轨道通道并连接到两个引线的分子的时间反演对称电荷和自旋输运。我们证明了，当自旋翻转过程伴随轨道通道的翻转时，会产生自旋分辨电流。这一令人惊讶的发现并不违背双端结的 Bardarson 定理 [J. H. Bardarson, J. Phys. A: Math. Theor. 41, 405203 (2008)]：透射确实具有该定理所要求的两对二重简并特征值。我们在一个双端手性分子结中显式演示了自旋过滤效应，该结由具有原子内自旋轨道相互作用（SOI）的双轨道紧束缚链建模。在诸如 DNA 等有机分子的输运背景下，这种效应被称为“手性诱导自旋选择性”（CISS）。该模型在不破坏时间反演对称性的情况下表现出自旋劈裂：原子内 SOI 诱导了自旋和轨道的伴随翻转。从无限长分子中 Bloch 态的角度考察这些跃迁，我们表明它们会导致 Bloch 波数的偏移，偏移大小为单圈倒易尺度，其方向取决于螺旋的左旋和右旋性。结果是，自旋向上和自旋向下态沿相反方向传播，从而导致了 CISS 效应。为了进一步证实我们的图像，我们给出了此类（单）分子 8$\times$8 散射矩阵的解析可处理表达式。