Dzyaloshinskii-Moriya相互作用作为手性诱导自旋选择性的相干性诊断手段

手性诱导自旋选择性(CISS)究竟反映的是相干SU(2)自旋旋转,还是非相干的自旋依赖滤波,这是分子自旋电子学中一个核心未解问题,其影响从不对称化学延伸至量子信息领域。该团队证明,这两种场景可通过一个关于手性分子桥介导的超交换相互作用的尖锐对称性判据加以区分。相干CISS(作为隧穿电子的幺正自旋旋转实现)会产生巨型的Dzyaloshinskii-Moriya(DM)相互作用,其比值|D|/JH高达3,比Si/SiGe中本征Rashba自旋-轨道耦合高出两个数量级。非相干CISS(由任意厄米、非幺正但自旋对角的隧穿矩阵表示)则严格产生D=0;该工作通过一个结构定理证明了这一点,并辅以Lindblad论证——耗散性自旋滤波无法修改虚隧穿介导的超交换。因此,DM相互作用可作为相干性序参量,仅当相反自旋传输的量子振幅保持固定相对相位时才非零。该团队推导了封闭形式的角、对映体及灵敏度特征,并指出关键相干旋转角比当前传输推断值低两个数量级,且可通过栅极定义量子点中现有的10 kHz交换光谱学进行探测。即使在保守的界面放大场景下,五种候选分子也被预测将超过该阈值一至两个数量级。所提出的测量方案将一项长期存在的传输争议转化为一个具有量子振幅分辨率的二进制自旋量子比特实验。
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提交arXiv: 2026-05-07 11:01

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