電子在納米結(jié)構(gòu)中自旋依賴的輸運性質(zhì)的研究.pdf

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

2、個平行磁壘的納米結(jié)構(gòu)中偏壓調(diào)控的電子輸運特性。數(shù)值結(jié)果表明,在此納米結(jié)構(gòu)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(yīng)用偏壓的大小。(b)研究了具有四個磁壘的納米結(jié)構(gòu)中偏壓和溫度依賴的電子輸運。研究結(jié)果表明,在該納米結(jié)構(gòu)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(yīng)用偏壓的增大而增加。同時發(fā)現(xiàn),不同溫度對應(yīng)的電子傳導(dǎo)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(jié)構(gòu)中自旋依賴的輸運性質(zhì)
　　研究了磁納米結(jié)構(gòu)中delta摻雜對電子輸運性質(zhì)的影響。(a)研究了具有delta摻雜的磁納米結(jié)構(gòu)中自旋依賴的電子輸運性質(zhì),該磁納米結(jié)構(gòu)含有兩個可以用delta函數(shù)表示的磁場。結(jié)果表明,在這種設(shè)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(jié)果還表明,電導(dǎo)

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(jié)構(gòu)中delta摻雜對電子輸運的影響,該磁納米結(jié)構(gòu)含有四個可以用delta函數(shù)表示的磁場。發(fā)現(xiàn)透射幾率和電導(dǎo)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(diào)制的納米結(jié)構(gòu)中彈性電子的輸運性質(zhì)。數(shù)值結(jié)果表明,電子的輸運性質(zhì)強烈的依賴于周期的數(shù)目,當(dāng)周

5、期數(shù) m>1時,在每個共振區(qū)域出現(xiàn)了自旋分裂,而且每一個共振區(qū)域中自旋分裂峰的數(shù)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(xué)設(shè)置。
　　3、磁納米結(jié)構(gòu)中電子的輸運性質(zhì)和溫度依賴的磁阻效應(yīng)
　　研究了兩個磁納米結(jié)構(gòu)中溫度依賴的磁阻效應(yīng)。第一個納米結(jié)構(gòu)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(dāng)磁化方向平行時,稱之為平行結(jié)構(gòu),當(dāng)磁化方向反平行時

6、,我們稱之為反平行結(jié)構(gòu)。同時在二維電子氣上應(yīng)用一個偏壓,來形成一個直角電壘。第二個納米結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu),且在該納米結(jié)構(gòu)中沒有施加偏壓。通過數(shù)值計算,我們發(fā)現(xiàn)電子的透射系數(shù)和電導(dǎo)在平行結(jié)構(gòu)和反平行結(jié)構(gòu)中有明顯的差別,這就導(dǎo)致了較大磁阻效應(yīng)的出現(xiàn)。同時發(fā)現(xiàn)電子的輸運性質(zhì)和電導(dǎo)明顯的受制于外加偏壓的大小及鐵磁條的位置,還發(fā)現(xiàn)溫度和偏壓明顯的影響著磁阻效應(yīng)

7、,這些發(fā)現(xiàn)有助于實驗上實現(xiàn)偏壓和溫度調(diào)制的磁阻設(shè)置。
　　4、非磁納米結(jié)構(gòu)中自旋軌道耦合效應(yīng)對電子共振通路的影響
　　研究了非磁納米結(jié)構(gòu)中自旋軌道耦合效應(yīng)對電子自旋輸運性質(zhì)的影響。該納米結(jié)構(gòu)為非對稱雙壘異質(zhì)結(jié)構(gòu)或周期性的非磁納米結(jié)構(gòu),也就是沒有對該結(jié)構(gòu)施加任何磁場,電子的自旋起源于兩種自旋軌道耦合效應(yīng):(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(dǎo)體異質(zhì)結(jié)界面(

8、二維電子氣所在平面)勢的不對稱性。詳細(xì)的數(shù)值結(jié)果告訴我們:(1)在非對稱雙壘異質(zhì)結(jié)構(gòu)中,由于Dresselhaus和Rashba自旋軌道耦合效應(yīng)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(zhì)結(jié)構(gòu)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(yīng),同時發(fā)現(xiàn)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(jié)構(gòu)中,電子