低維介觀體系中的自旋電子輸運.pdf

1、與自旋相關(guān)的量子輸運研究是當(dāng)前自旋電子學(xué)領(lǐng)域的一個熱點課題。本文在簡單地回顧了半導(dǎo)體量子阱、超晶格和量子點的概念之后，對量子輸運中常用的幾種研究方法作了簡單的介紹，如Landauer-Büttiker公式、傳輸矩陣、散射矩陣和非平衡格林函數(shù)方法。然后，對電子在半導(dǎo)體雙勢壘結(jié)構(gòu)、多勢阱半導(dǎo)體超晶格結(jié)構(gòu)、雙AB干涉儀、雙量子點形成的四端AB干涉儀中的自旋相關(guān)的輸運特性作了研究。
　　首先，利用有效質(zhì)量近似、Floquet理論和傳輸矩陣

2、方法，研究了外加振蕩場和自旋軌道耦合影響下，電子通過對稱半導(dǎo)體雙勢壘結(jié)構(gòu)的輸運特性。結(jié)果表明Dresselhaus自旋軌道耦合會消除自旋簡并，導(dǎo)致傳導(dǎo)率自旋劈裂。隨著振蕩場的振蕩幅度的增大，多光子過程出現(xiàn)，共振峰的數(shù)量和兩個相鄰共振峰之間的距離可分別由外加振蕩場的振幅和頻率來控制。另外，在勢阱較窄、振蕩場的振蕩幅度較小時，可以得到光子調(diào)制的高自旋極化透射的電子，利用此性質(zhì)期望可以實現(xiàn)可調(diào)諧的自旋過濾器件。
　　其次，利用傳輸矩陣方

3、法，研究了勢阱區(qū)域含有Dresselhaus自旋軌道耦合時，電子通過多勢阱半導(dǎo)體超晶格結(jié)構(gòu)的隧穿性質(zhì)。與單勢阱和雙勢阱相比，多勢阱半導(dǎo)體超晶格結(jié)構(gòu)增強了透射電子的自旋極化率。自旋軌道耦合會消除自旋簡并，導(dǎo)致低入射能量區(qū)域內(nèi)電子微帶的完全自旋劈裂，從而在較大的能量窗口內(nèi)使電子實現(xiàn)100％的極化透射，這可以作為實現(xiàn)自旋過濾的一個有效方案。另外，我們發(fā)現(xiàn)電子從勢阱上方通過n個勢阱形成的半導(dǎo)體超晶格結(jié)構(gòu)時，一個微帶中的共振峰劈裂規(guī)則為:n重劈裂

4、或者n-1重劈裂，它依賴于勢阱的寬度和勢壘的厚度。這一規(guī)則與電子通過n個勢壘形成的半導(dǎo)體超晶格結(jié)構(gòu)時的共振峰劈裂規(guī)則是不同的。
　　接下來，利用非平衡格林函數(shù)方法，研究了雙AB干涉儀中RSOI引起的Andreev反射流的自旋極化性質(zhì)。自旋極化率可以通過調(diào)節(jié)AB磁通φ，RSOI強度，和兩個量子點之間的耦合強度tc來控制。不管兩個量子點之間有無耦合，我們都可以得到完全自旋極化的Andreev反射流，但是只有當(dāng)兩個量子點之間沒有耦合時，

5、完全自旋極化的Andreev反射流才是最大的。
　　最后，研究了雙量子點形成的四端AB干涉儀的輸運性質(zhì)，其中考慮了鐵磁電極和RSOI對輸運的影響。基于正常透射和交叉Andreev反射，右電極可以收集到自旋向上的電子和空穴，自旋向下的電子和空穴。通過調(diào)節(jié)鐵磁電極的極化率，AB磁通，RSOI引起的相位ψR等參數(shù)，此系統(tǒng)會使一種自旋成分的粒子不透射，同時使收集到的另一種自旋成分的電子和空穴的數(shù)量相等，從而得到?jīng)]有電荷流的純自旋流。因此，