自旋軌道耦合對(duì)量子點(diǎn)體系輸運(yùn)性質(zhì)的影響.pdf

1、自旋電子學(xué)是一門研究如何在固體中有效地控制自旋自由度的新興交叉學(xué)科，人們希望利用自旋自由度來(lái)取代(或者結(jié)合)傳統(tǒng)電子學(xué)器件中的電荷自由度，從而實(shí)現(xiàn)新型的自旋電子學(xué)器件。研究自旋電子學(xué)器件要解決的主要問(wèn)題有：如何有效地產(chǎn)生自旋極化；自旋極化保持的時(shí)間和輸運(yùn)的距離，以及如何操控它們；自旋極化的探測(cè)。
　　論文將基于Rashba自旋軌道耦合，采用非平衡格林函數(shù)方法和slave-boson平均場(chǎng)近似，研究耦合雙量子點(diǎn)體系結(jié)構(gòu)中自旋積累、自

2、旋極化輸運(yùn)、純自旋流產(chǎn)生以及近藤效應(yīng)等問(wèn)題，并討論量子點(diǎn)能級(jí)、偏壓、磁通量、自旋軌道耦合等多種因素的影響下，量子點(diǎn)體系的自旋極化輸運(yùn)性質(zhì)。
　　首先，從理論上研究平行耦合雙量子點(diǎn)與電極對(duì)稱連接的結(jié)構(gòu)中，Rashba自旋軌道耦合作用對(duì)Fano共振的影響。研究表明，受Rashba自旋軌道耦合作用調(diào)節(jié)的共振通道，非共振通道及它們之間的量子相干是Rashba自旋軌道耦合作用調(diào)控Fano共振的根本原因。Rashba自旋軌道耦合作用和磁通量在

3、產(chǎn)生自旋極化輸運(yùn)的過(guò)程中起到關(guān)鍵性作用。當(dāng)沒(méi)有磁通量通過(guò)量子點(diǎn)體系時(shí)(0=),與自旋無(wú)關(guān)的Fano共振受Rashba自旋軌道耦合作用強(qiáng)度調(diào)節(jié)。當(dāng)有磁通量通過(guò)量子點(diǎn)體系時(shí)，如π/2=，自旋相關(guān)的Fano共振出現(xiàn)。而且每種自旋成份的Fano共振峰線型可被Rashba自旋軌道耦合作用強(qiáng)度調(diào)控?？紤]電子間的庫(kù)侖相互作用后，不同自旋電子的電導(dǎo)譜分為兩部分，一部分中心位于成鍵態(tài)和反成鍵態(tài)，另一部分中心位于其庫(kù)侖阻塞區(qū)。
　　其次，通過(guò)對(duì)每個(gè)臂

4、均嵌入一個(gè)量子點(diǎn)的Aharonov-Bohm(AB)環(huán)中的自旋積累效應(yīng)的研究，發(fā)現(xiàn)在Rashba自旋軌道耦合作用下，即使在無(wú)鐵磁性電極、無(wú)磁場(chǎng)的情況下，由于量子相干，量子點(diǎn)中也會(huì)產(chǎn)生自旋積累，并且量子點(diǎn)中的自旋積累有如下特點(diǎn)：(1)自旋積累的大小和方向可通過(guò)門電壓和偏壓調(diào)節(jié);(2)每個(gè)量子點(diǎn)上的自旋積累作為 R?的函數(shù)，周期為2π;(3)自旋積累最大值的位置可由量子點(diǎn)的能級(jí)、電子間的庫(kù)侖相互作用強(qiáng)度和偏壓等因素共同調(diào)節(jié)。
　　此外

5、，研究了平行耦合雙量子點(diǎn)與三電極連接的體系自旋極化輸運(yùn)性質(zhì)，利用自旋軌道相互作用的可控性，探討控制不同自旋的電子沿不同電極輸運(yùn)的可能性，提供產(chǎn)生自旋分離及純自旋電流的新途徑。研究表明當(dāng)恰當(dāng)?shù)剡x取Rashba自旋軌道耦合強(qiáng)度和偏壓后，通過(guò)調(diào)節(jié)施加在量子點(diǎn)上的門電壓，改變其中一個(gè)量子點(diǎn)能級(jí)時(shí)，一個(gè)由中間電極注入的非極化電流，經(jīng)過(guò)量子點(diǎn)體系后，在左、右電極實(shí)現(xiàn)自旋的分離，即二個(gè)完全極化且極化方向相反的自旋流可分別萃取到左電極或右電極上。另外，

6、在三個(gè)電極的電壓滿足一定關(guān)系時(shí)，中間電極可獲得一個(gè)幅度和方向均可調(diào)節(jié)的純自旋流。這樣的模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并可使用現(xiàn)有的技術(shù)手段在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)。
　　最后，利用slave-boson平均場(chǎng)近似，研究在Rashba自旋軌道耦合作用影響下，雙量子點(diǎn)體系的近藤效應(yīng)。發(fā)現(xiàn)在磁通和Rashba自旋軌道耦合共同作用下，近藤區(qū)，量子點(diǎn)體系出現(xiàn)自旋極化的隧穿函數(shù)、局域態(tài)密度和線性電導(dǎo)。而且如果適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)Rashba自旋軌道耦合強(qiáng)度，可控制同一時(shí)間只有一種