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器件小型化的需求和微纳加工技术的发展推动了纳米电子学的兴起。在低维量子体系中,由于电子动量受限和浓度减小等原因,电子之间的相互作用以及自旋作用对于电子输运的影响会有不同于宏观体系的物理规律。利用低维量子体系中的自旋相互作用可以实现低能耗、高效率、小尺寸的量子计算器件。在量子器件中,电子的有效g因子(g*)是反映自旋对磁场响应的重要参数,而自旋轨道相互作用和电子交换相互作用既是实现量子自旋调控的重要手段,又是影响有效g因子的重要因素。本文发展了利用AlxGa1-xN/GaN异质结构制备平面结构量子点接触(QPC)及量子点的工艺,并通过低温输运测量技术重点研究了QPC中各向异性的塞曼分裂,自旋轨道耦合作用及交换相互作用对有效g因子的影响等问题。此外还对二维电子气(2DEG)双子带占据的QPC在磁场中的输运性质,QPC电导中的0.7结构与束缚态的关系等问题进行了实验测量与分析。主要研究结果如下: 1.通过变化磁场的低温输运测量,在QPC中分析了平行于电流方向和垂直于2DEG方向的磁场分别在各个一维子带中导致的塞曼分裂,并测定不同子带电子的有效g因子。在平行于QPC沟道方向的磁场下,第一至第三个一维子带的有效g因子分别为g*1,x=5.5±0.6,g*2,x=4.8±0.4,g*3,x=4.2±0.4;而在垂直于2DEG的磁场下,g*1,z=8.3±0.6,g*2.z=6.7±0.7,g*3,z=5.1±0.7。这些有效g因子远大于在2DEG中通过低温磁输运方法测量的数值,它们随着子带数的减少、沟道的变窄而逐渐增大,同时表现出了明显的各向异性特征。 2.分析了在低维量子体系中自旋轨道相互作用与电子交换相互作用对有效 g因子的影响。通过对14T磁场中QPC非线性输运的系统分析,得到了在不同的能级填充情况下的塞曼分裂能。分析发现,当一维子带中的奇数能级被占据后,随着这一能级的逐渐填充,同一子带中自旋与之反向的偶数能级被抬高,从而表现出不断增大的塞曼分裂。这个现象是由电子的交换相互作用导致的。利用上述分析定量研究了前一工作测得的有效g因子中交换相互作用的贡献,由此可以反推出自旋轨道相互作用对有效g因子的影响。本工作提出了一种区分有效g因子中两种相互作用各自影响的方法。 3.利用低温输运测量研究了垂直于2DEG的磁场对QPC中电子输运的影响。磁场对电子运动的束缚导致了一维沟道中能级间距的增大,表现出对电子的耗尽作用。在测量各能级位置对于栅压和磁场的依赖时,实验观察到,除了一组按统一规律被磁场耗尽的能级之外,在强磁场下将出现另一组耗尽比前一组能级慢许多的信号,叠加在前一组中的高能级信号上面。通过对这些新信号的细致分析,确认了它们也是一组能级,并通过推导各能级在磁场中的耗尽速率得出这些能级来自于第二个2DEG子带的结论。 4.对一个电导曲线0.7结构处存在电导峰和谷的QPC进行了多方面的测量与分析。在0.7结构处的电导峰谷变化,以及它们对源漏偏压和沟道位置的依赖关系,都表明了一维沟道中存在束缚态的可能性。在强磁场下,发生塞曼分裂之后的电导曲线在2e2/h以下出现三个电导变化区间,有悖于塞曼分裂导致两个电导平台的普遍现象。本文测量了在不同偏压激励下的电导信号,分析发现三个电导平台所对应的能级填充方式可以与量子点中激发态的输运类比,由此推测上述异常现象的来源很可能是第一子带中的某种激发态。这个激发态不贡献独立的导电通道,而且很可能与束缚态有所关联。这为探索0.7结构的成因提供了新的实验事实。