幾種介觀系統(tǒng)中自旋相關(guān)輸運(yùn)性質(zhì)的研究.pdf

1、隨著材料制備技術(shù)和超微細(xì)加工技術(shù)的研究進(jìn)展，人們已經(jīng)可以制備各種形式的介觀器件，如鐵磁/半導(dǎo)體/鐵磁異質(zhì)結(jié)、量子點(diǎn)等。這些低維介觀系統(tǒng)中產(chǎn)生的許多新現(xiàn)象和新效應(yīng)，如人工能帶裁剪、量子尺寸效應(yīng)和量子相干效應(yīng)，受到了人們的廣泛關(guān)注。另一方面，隨著半導(dǎo)體器件進(jìn)一步向小型化發(fā)展，利用電子電荷的傳統(tǒng)電子器件達(dá)到了其極限。因此，最近人們正在探索利用電子的另一特性——自旋來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲，隨之而出現(xiàn)一門新的研究領(lǐng)域，被稱之為自旋電子學(xué)。在開發(fā)

2、新型器件時(shí)，我們必須將微電子學(xué)與自旋相關(guān)效應(yīng)綜合起來考慮。自旋電子學(xué)器件不僅可以用來數(shù)據(jù)處理還可以用來數(shù)據(jù)存儲，與傳統(tǒng)的電子器件相比，它有很多潛在的優(yōu)勢，比如非易失性的數(shù)據(jù)儲存、更快的數(shù)據(jù)處理速度、更低的能耗、更大的集成密度等。如果想利用自旋實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和存儲，我們必須將自旋和現(xiàn)代半導(dǎo)體技術(shù)結(jié)合起來，這就產(chǎn)生了一系列有待于我們解決的問題，比如，自旋的注入與探測、自旋極化流的產(chǎn)生、自旋相關(guān)輸運(yùn)、自旋的控制和操縱。 本論文中，我們首

3、先綜述了介觀系統(tǒng)以及典型的介觀現(xiàn)象，敘述了介觀系統(tǒng)中的自旋相關(guān)輸運(yùn)性質(zhì)，而后簡單介紹了傳遞矩陣、散射矩陣、格點(diǎn)格林函數(shù)、非平衡格林函數(shù)等幾種輸運(yùn)理論。最后研究了幾種介觀系統(tǒng)中自旋相關(guān)輸運(yùn)性質(zhì)： 1.利用散射矩陣方法，研究了單模鐵磁/半導(dǎo)體/鐵磁異質(zhì)結(jié)中的自旋輸運(yùn)性質(zhì)。同時(shí)考慮鐵磁體與半導(dǎo)體界面處存在δ型勢壘、縱向量子尺寸效應(yīng)、半導(dǎo)體中的Rashba和Dresselhaus自旋軌道耦合以及鐵磁體中磁化方向?qū)斶\(yùn)性質(zhì)的影響，我們得到

4、了體系的自旋相關(guān)的透射幾率和散粒噪聲。 2.利用散射矩陣和模匹配技術(shù)研究了存在自旋軌道耦合的多模鐵磁/半導(dǎo)體/鐵磁異質(zhì)結(jié)中自旋相關(guān)的電導(dǎo)和散粒噪聲。我們發(fā)現(xiàn)自旋向上和自旋向下電子對電導(dǎo)和散粒噪聲的貢獻(xiàn)是不同的。當(dāng)半導(dǎo)體通道的長度變短時(shí)，電導(dǎo)出現(xiàn)了平滑的量子平臺。當(dāng)參與輸運(yùn)的通道數(shù)目增加時(shí)，散粒噪聲振蕩，F(xiàn)ano因子受到抑制。我們還發(fā)現(xiàn)由自旋軌道耦合引起的子帶間的混合對自旋相關(guān)的電導(dǎo)和散粒噪聲有重大的影響。 3.研究了Dr

5、esselhaus自旋軌道耦合對鐵磁/絕緣體/半導(dǎo)體/絕緣體/鐵磁隧穿結(jié)中自旋輸運(yùn)性質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明：(a)減小絕緣層的厚度可以提高自旋極化率；(b)系統(tǒng)中隧穿磁電阻(TMR)的倒置是由Dresselhaus自旋軌道耦合引起的。而且發(fā)現(xiàn)考慮Dresselhaus自旋軌道耦合，當(dāng)勢壘中局域態(tài)的能量和鐵磁電極中費(fèi)米能相匹配時(shí)，系統(tǒng)中會(huì)發(fā)生TMR的倒置現(xiàn)象。 4.研究了嵌入到Aharonov-Bohm干涉儀中的平行雙量子點(diǎn)中的自