Equilibrium currents in a Corbino graphene ring

Abstract

We address the description of a graphene Corbino disk in the context of a tight binding approach that includes both kinetic and Rashba spin-orbit coupling due to an external out-of-plane electric field. Persistent equilibrium currents are induced by an external magnetic field breaking time reversal symmetry. By direct diagonalization, we compute the spectrum and focus on the dispersion near the K points at the Fermi level. The dispersion keenly reproduces that of a continuum model in spite of the complexity of the boundary conditions. We validate the assumptions of the continuum model in terms of predominant zig-zag boundaries conditions and weak sub-band coupling. The wave functions displaying the lowest transverse modes are obtained, showing the predominance of edge states with charge density at the zig-zag edges. The persistent charge currents, nevertheless, do not follow the traditional argument of current cancellation from levels below the Fermi level, and thus they depart in the tight-binding from those found in the continuum model.

Ми звертаємося до опису графенового диска Корбiно в контекстi пiдходу сильного зв’язку, який включає кiнетичний i Рашба спiн-орбiтовий зв’язок завдяки позаплощинному електричному полю. Персистентнi рiвноважнi струми iндукуються зовнiшнiм магнiтним полем, яке порушує симетрiю часової iнверсiї. Шляхом прямої дiагоналiзацiї, ми обчислюємо спектр i зосереджуємо увагу на дисперсiї поблизу K точок на рiвнi Фермi. Дисперсiя чiтко вiдтворює дисперсiю неперервної моделi, незважаючи на складнiсть граничних умов. Ми перевiряємо припущення щодо неперервної моделi в термiнах домiнантних граничних умов типу зигзагу i слабкого пiдзонного зв’язку. Отримано хвильовi функцiї, якi демонструють найнижчi поперечнi моди i якi показують переважання крайових станiв iз зарядовою густиною на краях зигзагу. Персистентнi зарядовi струми, тим не менше, не слiдують традицiйному аргументу погашення струмiв з рiвнiв нижче рiвня Фермi i тому вони вiдхиляються вiд струмiв, знайдених в неперервнiй моделi.