熱偏壓下量子點(diǎn)中的自旋抽運(yùn).pdf

1、縱觀微電子技術(shù)的發(fā)展，可以發(fā)現(xiàn)近年來電子器件處理器制作工藝越來越精細(xì)，已經(jīng)接近經(jīng)典電子學(xué)的物理極限，但是隨著器件尺寸的縮小，器件的散熱愈加困難，這嚴(yán)重影響著器件內(nèi)部的計(jì)算速度。自旋電子學(xué)是研究與電子自旋相關(guān)現(xiàn)象的新興學(xué)科，研究發(fā)現(xiàn)電子的自旋態(tài)可以攜帶信息，即量子態(tài)信息。由于量子信息保密性極佳，量子通訊被認(rèn)為是未來絕對安全的通信方式。在自旋電子學(xué)領(lǐng)域里，半導(dǎo)體量子點(diǎn)是一種特殊的納米材料，有著顯著的量子效應(yīng)，可用來產(chǎn)生自旋流以驅(qū)動自旋電子器

2、件，也可用來存儲電子自旋態(tài)以存儲信息，并且已經(jīng)在量子信息方面取得了成果。但是，實(shí)際器件的熱耗散問題依然很難避免。解決電子器件的散熱問題通常有兩種方法，一種是將熱量及時(shí)轉(zhuǎn)移驅(qū)散；另一種是對熱量進(jìn)行再次利用。本文研究的是將器件中的額外熱量加以利用，以確保器件工作狀態(tài)的穩(wěn)定。
　　本文利用量子主方程方法探索與引線耦合的雙能級量子點(diǎn)中的自旋抽運(yùn)過程及自旋流的產(chǎn)生。第一章簡單介紹了本研究領(lǐng)域。第二章介紹量子主方程理論，以及主方程在量子點(diǎn)輸運(yùn)

3、系統(tǒng)中的簡單應(yīng)用。第三章主要研究鐵磁體-量子點(diǎn)-普通金屬（FM-QD-NM）耦合系統(tǒng)中熱偏壓對自旋抽運(yùn)的影響，其中分別討論了磁場對量子點(diǎn)能級的影響，引線與能級間耦合參數(shù)以及熱偏壓對自旋抽運(yùn)產(chǎn)生的自旋流的影響。研究發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)自旋抽運(yùn)和熱偏壓產(chǎn)生的自旋塞貝克效應(yīng)都會對自旋輸運(yùn)產(chǎn)生影響，適當(dāng)調(diào)節(jié)抽運(yùn)強(qiáng)度可以使自旋塞貝克效應(yīng)產(chǎn)生的電荷流和自旋抽運(yùn)產(chǎn)生的電荷流相互抵消，從而得到純自旋流。因此，在實(shí)際自旋電子器件中可以用這種方法將額外熱量加以利用，

4、并產(chǎn)生自旋流用以驅(qū)動自旋電子器件。第四章主要研究鐵磁體-量子點(diǎn)-鐵磁體（FM-QD-FM）、普通金屬-量子點(diǎn)-普通金屬（NM-QD-NM）、鐵磁體-量子點(diǎn)-普通金屬（FM-QD-NM）和鐵磁體-量子點(diǎn)-鐵磁體（反平行）（FM-QD-FM（AP））四種引線結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)系統(tǒng)中，引線中的自旋熱累積對自旋抽運(yùn)的影響。研究表明對稱引線（FM-QD-FM和NM-QD-NM）系統(tǒng)中，引線中的自旋熱累積會破壞原有抽運(yùn)系統(tǒng)的平衡態(tài)，給系統(tǒng)帶來額外電流，使

5、純自旋流不復(fù)存在；在非對稱引線（FM-QD-NM和FM-QD-FM（AP））系統(tǒng)中，引線中的自旋熱累積也會對原有抽運(yùn)系統(tǒng)的自旋輸運(yùn)產(chǎn)生影響。但是，在對稱引線系統(tǒng)中適當(dāng)調(diào)節(jié)引線化學(xué)勢可以消除自旋熱累積帶來的額外電荷流，從而得到純自旋流；而在非對稱引線系統(tǒng)中電荷流則很難被消除。因此，在實(shí)際自旋電子器件中可以用構(gòu)建對稱引線量子點(diǎn)系統(tǒng)的方法來產(chǎn)生純自旋流，也可以用來測量材料的自旋熱累積強(qiáng)度。在實(shí)際器件設(shè)計(jì)中，材料中自旋熱累積是一種不可忽略的屬性