電子在納米結構中自旋依賴的輸運性質的研究.pdf

1、研究電子在納米結構中自旋依賴的電子輸運性質。具體研究了偏壓調制的磁納米結構中自旋依賴的電子輸運特性,delta摻雜對電子在磁納米結構中自旋輸運性質的影響,磁納米結構中偏壓和溫度以及鐵磁條位置依賴的磁阻效應和非磁納米結構中自旋軌道耦合效應對自旋依賴的共振通路的影響。研究內容及所取得的研究成果如下:
　　1、電子在偏壓調制的磁納米結構中自旋依賴的輸運性質
　　研究了偏壓調制的磁納米結構中自旋依賴的電子輸運性質。(a)研究了具有兩

2、個平行磁壘的納米結構中偏壓調控的電子輸運特性。數值結果表明,在此納米結構中,可以獲得較大的自旋極化,以及自旋極化的大小明顯的依賴于應用偏壓的大小。(b)研究了具有四個磁壘的納米結構中偏壓和溫度依賴的電子輸運。研究結果表明,在該納米結構中同樣可以獲得較大的自旋極化,而且自旋極化的程度明顯的隨著應用偏壓的增大而增加。同時發(fā)現,不同溫度對應的電子傳導在低費米能區(qū)間相交于同一個費米能量處,并且自旋極化的大小隨著溫度升高明顯的增大。因此,我們可以

3、通過改變偏壓和溫度來控制電子的輸運,這有助于制造偏壓控制的自旋濾波器。
　　2、電子在具有delta摻雜的磁納米結構中自旋依賴的輸運性質
　　研究了磁納米結構中delta摻雜對電子輸運性質的影響。(a)研究了具有delta摻雜的磁納米結構中自旋依賴的電子輸運性質,該磁納米結構含有兩個可以用delta函數表示的磁場。結果表明,在這種設置中可獲得較大的自旋極化,并且自旋極化的強度明顯的依賴于delta摻雜的高度。結果還表明,電導

4、極化隨著delta摻雜高度的增加明顯的具有更大的振動幅度。(b)研究了磁納米結構中delta摻雜對電子輸運的影響,該磁納米結構含有四個可以用delta函數表示的磁場。發(fā)現透射幾率和電導明顯的被delta摻雜抑制著。然而,自旋注入效率明顯的加強。另外,透射幾率和自旋極化隨中間兩個磁場之間距離的增加周期性的變化。(c)研究了周期性磁壘和delta摻雜調制的納米結構中彈性電子的輸運性質。數值結果表明,電子的輸運性質強烈的依賴于周期的數目,當周

5、期數 m>1時,在每個共振區(qū)域出現了自旋分裂,而且每一個共振區(qū)域中自旋分裂峰的數目恰好是m-1。這些有趣特征有助于開發(fā)新型的自旋電子學設置。
　　3、磁納米結構中電子的輸運性質和溫度依賴的磁阻效應
　　研究了兩個磁納米結構中溫度依賴的磁阻效應。第一個納米結構由一個二維電子氣和兩個平行的且距離為L的鐵磁條組成,鐵磁條分布在二維電子氣的上下兩個表面,且磁化方向可以用外磁場控制,當磁化方向平行時,稱之為平行結構,當磁化方向反平行時

6、,我們稱之為反平行結構。同時在二維電子氣上應用一個偏壓,來形成一個直角電壘。第二個納米結構同樣是由二維電子氣和分布在電子氣上下表面的兩個鐵磁條組成,但鐵磁條的分布位置明顯的區(qū)別于第一個納米結構,且在該納米結構中沒有施加偏壓。通過數值計算,我們發(fā)現電子的透射系數和電導在平行結構和反平行結構中有明顯的差別,這就導致了較大磁阻效應的出現。同時發(fā)現電子的輸運性質和電導明顯的受制于外加偏壓的大小及鐵磁條的位置,還發(fā)現溫度和偏壓明顯的影響著磁阻效應

7、,這些發(fā)現有助于實驗上實現偏壓和溫度調制的磁阻設置。
　　4、非磁納米結構中自旋軌道耦合效應對電子共振通路的影響
　　研究了非磁納米結構中自旋軌道耦合效應對電子自旋輸運性質的影響。該納米結構為非對稱雙壘異質結構或周期性的非磁納米結構,也就是沒有對該結構施加任何磁場,電子的自旋起源于兩種自旋軌道耦合效應:(a)Dresselhaus自旋軌道耦合,來源于材料自身的體不對稱性,(b)Rashba自旋軌道耦合來源于半導體異質結界面(

8、二維電子氣所在平面)勢的不對稱性。詳細的數值結果告訴我們:(1)在非對稱雙壘異質結構中,由于Dresselhaus和Rashba自旋軌道耦合效應同樣可獲得較大的自旋極化,透射幾率和自旋極化都隨著阱寬度的增加而周期性的變化;(2)在非磁三壘異質結構中,可以獲得較大的自旋極化,這主要是因為共振能級分裂引起的Rashba自旋軌道耦合效應,同時發(fā)現自旋極化明顯的依賴于勢阱的寬度、中間壘的厚度以及中間壘的高度;(3)在周期性的非磁納米結構中,電子