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本文主要研究了二维介观网络中自旋-轨道互作用和自旋输运理论。
第一章介绍了研究工作涉及到的基本概念和基本方法。它们是:自旋-轨道互作用;自旋霍尔效应;自旋过滤器;AB效应;多端Landauer-Büttiker零温电导公式和多端多通道介观网络模型中透射系数和反射系数的计算方法。
第二章研究了具有Rashba自旋-轨道耦合的四端方网络系统中的电荷电导和自旋电导的标度行为。我们数值地计算了系统的电导和自旋霍尔电导,计算结果表明:自旋霍尔电导既依赖于输入(输出)端通道的数目和自旋-轨道耦合强度,也依赖于无序强度,它可以比普适值大或者小许多;电荷电导对自旋-轨道耦合不敏感,但它依赖于输入(输出)端通道的数目和无序强度。此外,我们还研究了局域角动量的空间分布,获得的图形展示了由自旋-轨道互作用散射和无序散射引起的涨落。
第三章提出了零磁场中的几种可能的自旋过滤器模型,这些自旋过滤器模型是由具有Rashba自旋-轨道耦合的量子线构成的有限大小的四端网络,它们的几何结构如下:(i)two-bar ladder,(ii)ice-tray格子,(iii)ladder和ice-tray格子的混合结构,和(iv)有限宽度的方格子。从两输入通道注入未极化电子,从两输出端探测自旋极化流。我们的计算结果表明自旋极化随着网络长度的变化而振荡。对第四种模型,自旋极化的值比较大,接近100%,并且自旋极化的最大值随着格子宽度的增加而增大。通过调节两输入电极中的偏压,在输出端我们得到一个接近二进制形式的电导输出。我们对这种以量子干涉为工作机制的自旋过滤效应的物理起源和设计有效的自旋过滤器的前景进行了讨论。
第四章研究了存在磁通时由具有Rashba自旋.轨道耦合的量子线构成的四端方网络中电子的相干输运性质。我们数值地计算了电荷电导和自旋电导对约化磁通,自旋.轨道耦合强度,各端偏压的依赖关系。我们的计算结果表明网络中的相干输运由磁通和Rashba自旋-轨道耦合之间的竞争,以及不同通道间的偏压共同决定。当磁通和自旋-轨道耦合强度取特殊值时,单个输出通道会发生完全阻塞效应。我们的计算结果还表明磁通和自旋-轨道耦合之间的相互作用也可以引起退阻塞效应,并且这种退阻塞效应可以被偏压控制。这种结构中的一些端可以作为栅极控制其它端的电荷电流和自旋电流。当定义两对应端为源电极和漏电极时,另外两端的通道中的电荷电流和自旋电流呈现—空间分布,该空间分布反映了电子遂穿过程中,自旋进动和量子干涉之间的竞争。