Observation of direct hole Rashba spin-orbit coupling in p -type GaAsSb nanowires

纳米线 物理 联轴节(管道) 自旋轨道相互作用 凝聚态物理 半导体 饱和(图论) 光电流 自旋(空气动力学) 材料科学 量子力学 数学 组合数学 冶金 热力学
作者
Zhenhao Sun,Shuaiyu Chen,Ning Tang,Dong Pan,Haijing Guan,Xiaoyue Zhang,S. Zhang,Jianhua Zhao,Jun-Wei Luo,Shu-Shen Li,Weikun Ge,Bo Shen
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:108 (8)
标识
DOI:10.1103/physrevb.108.l081302
摘要

A strong linear-in-$k$ Rashba spin-orbit coupling (SOC) has been discovered theoretically for holes in semiconductor nanowires originating from direct dipolar coupling to the external electric field. Such direct Rashba SOC effect not only overcomes the major drawback of the hole Rashba SOC for its leading order being cubic-in-$k$ but also renders its strength orders of magnitude stronger than the corresponding electron counterpart. Here, the direct hole Rashba SOC effect has been experimentally observed through the circular photogalvanic effect (CPGE) by conducting the experimental measurement of a helicity-dependent photocurrent in the $p$-type $\mathrm{Ga}{\mathrm{As}}_{1\ensuremath{-}x}{\mathrm{Sb}}_{x}$ semiconducting nanowires upon application of an external gate voltage at room temperature. We have observed that the CPGE current undergoes a transition from rapid increase to saturation as the gate voltage varies. This finding is consistent with the predicted common feature of the direct Rashba SOC of holes in semiconductor nanowires, providing clear evidence for the theoretical concept.
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