低維介觀體系中的自旋電子輸運(yùn).pdf

1、與自旋相關(guān)的量子輸運(yùn)研究是當(dāng)前自旋電子學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)課題。本文在簡(jiǎn)單地回顧了半導(dǎo)體量子阱、超晶格和量子點(diǎn)的概念之后，對(duì)量子輸運(yùn)中常用的幾種研究方法作了簡(jiǎn)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(duì)電子在半導(dǎo)體雙勢(shì)壘結(jié)構(gòu)、多勢(shì)阱半導(dǎo)體超晶格結(jié)構(gòu)、雙AB干涉儀、雙量子點(diǎn)形成的四端AB干涉儀中的自旋相關(guān)的輸運(yùn)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(chǎng)和自旋軌道耦合影響下，電子通過(guò)對(duì)稱半導(dǎo)體雙勢(shì)壘結(jié)構(gòu)的輸運(yùn)特性。結(jié)果表明Dresselhaus自旋軌道耦合會(huì)消除自旋簡(jiǎn)并，導(dǎo)致傳導(dǎo)率自旋劈裂。隨著振蕩場(chǎng)的振蕩幅度的增大，多光子過(guò)程出現(xiàn)，共振峰的數(shù)量和兩個(gè)相鄰共振峰之間的距離可分別由外加振蕩場(chǎng)的振幅和頻率來(lái)控制。另外，在勢(shì)阱較窄、振蕩場(chǎng)的振蕩幅度較小時(shí)，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(shí)現(xiàn)可調(diào)諧的自旋過(guò)濾器件。
　　其次，利用傳輸矩陣方

3、法，研究了勢(shì)阱區(qū)域含有Dresselhaus自旋軌道耦合時(shí)，電子通過(guò)多勢(shì)阱半導(dǎo)體超晶格結(jié)構(gòu)的隧穿性質(zhì)。與單勢(shì)阱和雙勢(shì)阱相比，多勢(shì)阱半導(dǎo)體超晶格結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了透射電子的自旋極化率。自旋軌道耦合會(huì)消除自旋簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)100％的極化透射，這可以作為實(shí)現(xiàn)自旋過(guò)濾的一個(gè)有效方案。另外，我們發(fā)現(xiàn)電子從勢(shì)阱上方通過(guò)n個(gè)勢(shì)阱形成的半導(dǎo)體超晶格結(jié)構(gòu)時(shí)，一個(gè)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(shì)阱的寬度和勢(shì)壘的厚度。這一規(guī)則與電子通過(guò)n個(gè)勢(shì)壘形成的半導(dǎo)體超晶格結(jié)構(gòu)時(shí)的共振峰劈裂規(guī)則是不同的。
　　接下來(lái)，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(guò)調(diào)節(jié)AB磁通φ，RSOI強(qiáng)度，和兩個(gè)量子點(diǎn)之間的耦合強(qiáng)度tc來(lái)控制。不管兩個(gè)量子點(diǎn)之間有無(wú)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(gè)量子點(diǎn)之間沒有耦合時(shí)，

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(diǎn)形成的四端AB干涉儀的輸運(yùn)性質(zhì)，其中考慮了鐵磁電極和RSOI對(duì)輸運(yùn)的影響?；谡Ｍ干浜徒徊鍭ndreev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(guò)調(diào)節(jié)鐵磁電極的極化率，AB磁通，RSOI引起的相位ψR(shí)等參數(shù)，此系統(tǒng)會(huì)使一種自旋成分的粒子不透射，同時(shí)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，