Rashba自旋軌道耦合系統(tǒng)中的逆自旋霍爾效應(yīng).pdf

1、自旋電子學(xué)是凝聚態(tài)物理學(xué)中最活躍的研究領(lǐng)域之一，它是研究利用電子的自旋自由度來制造電子器件的一門學(xué)科，不僅在信息工業(yè)中有著重要的應(yīng)用前景，而且也是凝聚態(tài)物理的一個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科。自旋電子學(xué)所面臨的主要挑戰(zhàn)是如何在半導(dǎo)體材料中實(shí)現(xiàn)自旋注入、自旋控制和自旋檢測。本文將主要研究在介觀系統(tǒng)中的逆自旋霍爾效應(yīng)性質(zhì)以及它引起的電荷積累效應(yīng)。具體研究內(nèi)容和基本結(jié)果如下：
　　 第一章，介紹了自旋電子學(xué)的起源與發(fā)展，自旋電子學(xué)中經(jīng)常用到的概念，半導(dǎo)體

2、自旋電子學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用以及自旋霍爾效應(yīng)和它的逆過程。
　　 第二章，介紹了二維半導(dǎo)體系統(tǒng)中兩種自旋軌道耦合相互作用：Rashba和Drcsselhaus自旋軌道耦合作用，推導(dǎo)了它們的哈密頓量以及本征值和本征態(tài)。另外還簡要介紹了介觀電子系統(tǒng)及常用的Landmet-butiker公式、散射矩陣方法。這有利于我們借助以上方法來研究本文的內(nèi)容。
　　 第三章，我們對兩端接有理想導(dǎo)線的、有Rashba自旋軌道耦合作用的二維電子氣(

3、2DEG)納米器件中的逆自旋霍爾效應(yīng)進(jìn)行了理論研究?；趦牲c(diǎn)模型和Kcldysh格林函數(shù)方法，我們推導(dǎo)了逆自旋霍爾效應(yīng)中電流的解析表達(dá)式，它清晰地反映了非零的橫向電荷流是Rashba自旋軌道耦合，自旋偏壓以及它的自旋極化方向共同作用的結(jié)果。進(jìn)一步，我們在更大的樣品系統(tǒng)而非兩格點(diǎn)模型中，也進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，發(fā)現(xiàn)逆自旋霍爾效應(yīng)形成的電荷流的大小依賴自旋軌道耦合強(qiáng)度，電子費(fèi)米能和樣品尺寸。這些特性對自旋軌道耦合系統(tǒng)中有效的進(jìn)行自旋流（自旋偏壓）

4、的電探測可能提供很大幫助。
　　 第四章，我們理論研究了由逆自旋霍爾效應(yīng)導(dǎo)致的電荷累積，其模型是由存在Rashba/Dresselhaus自旋軌道耦合作用(SOI)的2DEG量子線構(gòu)成的，并且量子線的兩端接有鐵磁電極。在非平衡情況下，當(dāng)外部電壓驅(qū)動(dòng)的自旋極化方向沿2DEG平面法線方向的自旋流流過SOI區(qū)域時(shí)，量子線的兩個(gè)橫向邊緣就會(huì)有電荷累積（霍爾電壓），兩個(gè)鐵磁電極的磁化方向影響霍爾電壓的大小，當(dāng)它們平行或反平行2DEG平面的