低維體系中自旋電子輸運的理論研究.pdf

1、基于低維納米結(jié)構(gòu)在信息處理和存儲,及量子計算機等方面的實際應(yīng)用價值,以及結(jié)構(gòu)本身的特點所決定的理論研究價值,本論文針對展現(xiàn)低維介觀體系量子效應(yīng)的典型代表--二維電子氣結(jié)構(gòu)和零維量子點結(jié)構(gòu)中的一些重要的自旋輸運現(xiàn)象進行了系統(tǒng)地理論研究,揭示了其中的新效應(yīng)及其可能的物理機制,以期為自旋電子學(xué)器件的設(shè)計和開發(fā)提供理論依據(jù)。 以下為本論文的主要工作進展： 1、重點研究了二維電子氣中結(jié)構(gòu)變化對自旋電子輸運的影響,揭示了電子自旋隧穿

2、反平行真實磁勢壘和理想磁勢壘結(jié)構(gòu)中的尺度效應(yīng),和由此導(dǎo)致的透射率存在較大差異的物理本質(zhì)；進一步提出了非對稱因子,建立了一個非對稱磁超晶格電子自旋輸運的理論模型。采用轉(zhuǎn)移矩陣方法分別求解上、下自旋電子的透射率,發(fā)現(xiàn)是由于真實磁勢壘和理想磁勢壘形狀的不同,從而導(dǎo)致了不同的邊界條件以及透射率的差異,為進一步的研究和應(yīng)用指明了方向；此外,引入非對稱因子是為了定量描述磁超晶格的對稱性,在對稱磁超晶格電子自旋輸運理論模型的基礎(chǔ)上,探明了結(jié)構(gòu)對稱性變

3、化對電子自旋輸運的作用規(guī)律,并設(shè)計出一個新的自旋電子學(xué)器件一結(jié)構(gòu)參數(shù)可調(diào)的高效率自旋過濾器。 2、系統(tǒng)研究了AB環(huán)一臂嵌有單個量子點的干涉儀結(jié)構(gòu)中自旋軌道耦合與外磁場調(diào)控下的自旋電子輸運,揭示了自旋極化對兩者的依賴關(guān)系；證明了自旋軌道耦合作用改變Fano共振的形狀,即電子干涉行為；進一步發(fā)現(xiàn)自旋極化電子不再遵循Onsager對稱：無論上自旋電導(dǎo)還是下自旋電導(dǎo)都不再是磁通量的偶函數(shù)。對于這些新奇現(xiàn)象從電場對電子輸運的內(nèi)在影響上給出

4、了解釋。采用非平衡格林函數(shù)方法求解體系自旋相關(guān)的電流(電導(dǎo)),為了描述自旋極化對兩者的依賴關(guān)系定義了自旋軌道耦合與外磁場之間的相互影響參數(shù),為基于自旋軌道耦合與外磁場調(diào)制的量子器件的應(yīng)用指明了適用范圍；結(jié)合物理意義修正了Fano因子的表達式--將Fano因子擴展到一個復(fù)數(shù),為設(shè)計理想的自旋讀取器件奠定了重要的科學(xué)基礎(chǔ)。自旋極化電子不遵循Onsager對稱的規(guī)律與已有實驗研究結(jié)果一致,為自旋電子的檢測提供了一種新的思路。 3、重點

5、研究了串聯(lián)耦合雙量子點-鐵磁源結(jié)構(gòu)和并聯(lián)楠合雙量子點結(jié)構(gòu)中自旋極化輸運性質(zhì)。澄清了共振隧穿決定電子隧穿串聯(lián)耦合雙量子點-鐵磁源結(jié)構(gòu)的物理機制。提出了在并聯(lián)耦合雙量子點結(jié)構(gòu)中通過調(diào)節(jié)兩量子點間耦合強度變化可以使得占據(jù)數(shù)反轉(zhuǎn)。采用非平衡格林函數(shù)方法求解串聯(lián)耦合雙量子點-鐵磁源體系自旋相關(guān)的電流,發(fā)現(xiàn)量子點間的耦合效應(yīng)破壞了庫侖阻塞效應(yīng),從而導(dǎo)致電子自旋輸運主要依賴于相干隧穿,發(fā)展出比單量子點-鐵磁源結(jié)構(gòu)更適合制備量子計算器件的新結(jié)構(gòu)；采用非