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实验和理论上研究自旋极化电流相关输运过程已经超过了30年，但是像操纵电荷电流一样操纵微观和介观体系中的自旋输运目前仍然存在问题。原因在于自旋输运的基本物理性质还不是很清楚。当前，很多人认为铁磁金属/半导体(FM/SC)异质结构是最有可能实现的室温自旋器件之一。
本论文的工作主要是研究铁磁金属/半导体异质结中的电子自旋相关输运过程，特别是自旋滤波效应和自旋注入效率。其目的在于揭示自旋相关输运的物理机制，为早日设计和实现自旋器件提供物理模型和理论依据。本论文开展的主要工作和获得的主要研究成果如下：
1、搭建了一套测量隧穿电导及电导微分的系统。利用它研究了Fe/Al2O3/n-GaAs异质结隧穿特性。其中在微分电导谱中发现零偏压下的反常现象以及由类GaAs纵光学声子辅助隧穿形成的峰，为研究电子隧穿输运过程提供了实验判据。
2、首次提出了正向偏置Fe/Al2O3/n-GaAs隧穿结光学自旋取向下的自旋滤波理论并完成了实验验证。模型中假设电子和空穴电流的输运过程分两步，第一步它们由半导体体内输运到表面态，第二步才是由表面态隧穿到铁磁金属。根据自旋相关隧穿电流，肖特基电流以及光电流之间的守恒条件，推导出偏振调制光响应与斩波调制光响应的比例，等于两个相反方向自旋极化隧穿电导的相对变化(△Gt/Gt)与铁磁金属的MCD效应(△Aδ0)之和，然后乘上比例因子(γGt/Gs)的解析结果。通过实验测量到MCD效应以及比例因子后，人们关注的物理量△Gt/Gt可以定量求得。(其中△Gt=Gt↑-Gt↓是两个相反方向自旋隧穿电导的差，Gt=(Gt↑+Gt↓)/2是平均隧穿电导，Gs是肖特基电导，γ是界面复合因子)。利用搭建系统测量，结果证实了我们提出的物理机制；并且发现△Gt/Gt随正偏压增加而上升，说明随着输运电子能量提高，铁磁金属的自旋选择性加大；同时也发现，固定偏压下，外磁场的增加也使△Gt/Gt增大。总之，我们的模型使得定量且准确的求解△Gt/Gt成为可能。
3、研究了Fe/Al2O3/n-GaAs/i-GaAs/p-GaAs结构中自旋极化电子注入到三个不同量子阱中的效率。通过检测电致发光的偏振度，发现77k下电荧光的最大极化率大约在8％。极化率低的主要原因是磁场太小。但并未看到电子注入三个不同量子阱的过程，可能的原因是温度相对太高。且发现注入效率随偏压增加而下降，可能的原因是电子自旋弛豫加快所致。
本论文的工作主要是研究铁磁金属/半导体异质结中的电子自旋相关输运过程，特别是自旋滤波效应和自旋注入效率。其目的在于揭示自旋相关输运的物理机制，为早日设计和实现自旋器件提供物理模型和理论依据。本论文开展的主要工作和获得的主要研究成果如下：
1、搭建了一套测量隧穿电导及电导微分的系统。利用它研究了Fe/Al2O3/n-GaAs异质结隧穿特性。其中在微分电导谱中发现零偏压下的反常现象以及由类GaAs纵光学声子辅助隧穿形成的峰，为研究电子隧穿输运过程提供了实验判据。
2、首次提出了正向偏置Fe/Al2O3/n-GaAs隧穿结光学自旋取向下的自旋滤波理论并完成了实验验证。模型中假设电子和空穴电流的输运过程分两步，第一步它们由半导体体内输运到表面态，第二步才是由表面态隧穿到铁磁金属。根据自旋相关隧穿电流，肖特基电流以及光电流之间的守恒条件，推导出偏振调制光响应与斩波调制光响应的比例，等于两个相反方向自旋极化隧穿电导的相对变化(△Gt/Gt)与铁磁金属的MCD效应(△Aδ0)之和，然后乘上比例因子(γGt/Gs)的解析结果。通过实验测量到MCD效应以及比例因子后，人们关注的物理量△Gt/Gt可以定量求得。(其中△Gt=Gt↑-Gt↓是两个相反方向自旋隧穿电导的差，Gt=(Gt↑+Gt↓)/2是平均隧穿电导，Gs是肖特基电导，γ是界面复合因子)。利用搭建系统测量，结果证实了我们提出的物理机制；并且发现△Gt/Gt随正偏压增加而上升，说明随着输运电子能量提高，铁磁金属的自旋选择性加大；同时也发现，固定偏压下，外磁场的增加也使△Gt/Gt增大。总之，我们的模型使得定量且准确的求解△Gt/Gt成为可能。
3、研究了Fe/Al2O3/n-GaAs/i-GaAs/p-GaAs结构中自旋极化电子注入到三个不同量子阱中的效率。通过检测电致发光的偏振度，发现77k下电荧光的最大极化率大约在8％。极化率低的主要原因是磁场太小。但并未看到电子注入三个不同量子阱的过程，可能的原因是温度相对太高。且发现注入效率随偏压增加而下降，可能的原因是电子自旋弛豫加快所致。