扩展型Datta-Das自旋场效应管量子输运的理论研究

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本文主要研究了在铁磁-半导体-铁磁(F/S/F)系统中电子的量子输运特性,分别考虑了Rashba自旋轨道耦合和Dresselhaus自旋轨道耦合作用,另外亦计及存在铁磁(FM)引线、界面势垒、区域匹配能以及外加磁场等实际情况时关于电子的透射率和系统电导等量子输运的变化特性。首先,第一章我们简单介绍了自旋电子学的主要内容和发展历史,同时讨论了固体材料和器件中Rashba自旋轨道耦合和Dresselhaus自旋轨道耦合哈密顿量的物理形式及其简单起源。在第二章,我们首先介绍解决该类问题的一些基本方法,进一步分析了电子垂直入射时的自旋场效应管模型,然后根据Griffth边界条件建立相应的方程组,求解了电子通过场效应管的散射问题,得到此时电子的透射振幅和反射振幅的普遍解析表达式,并讨论这种情况下透射率和系统电导随自旋轨道耦合强度和器件尺寸的变化。接着,在第三章我们主要研究自旋场效应管在Rashba-Dresselhaus自旋轨道耦合作用的一些基础扩展上对电子透射率和系统电导的影响,采用解析结果和数值分析相结合的方式讨论了电子透射率和系统电导随Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合强度和比例、电子的入射自旋态、以及界面势垒和区域匹配能等复合因素的变化;同时,第四章我们讨论了铁磁引线的极化强度对电子透射率和系统电导的影响,得到此时自旋轨道耦合强度的改变可以更好调制体系的量子输运;进一步,我们在第五章分析了外加磁场以及两边铁磁引线异质轴的极化方向等因素对系统电子输运的影响,数值计算表明,磁场可以更好的对系统电导和电子自旋极化率进行简单可行的调制;最后一章主要考察电子斜入射时通过Rashba-Dresselhaus自旋场效应管的输运性质,利用与前面相同的条件和方法可以求得电子的透射率和关于透射率的自旋极化率,在此基础上主要分析电子透射率和自旋极化率随器件尺寸、电子波矢的入射角度、界面势垒强度等因素的具体变化规律。通过对Rashba-Dresselhaus场效应管中电子透射率和系统电导等物理量的研究,我们更深刻的认识和理解了该系统中的量子输运特性。同时,这些工作对人们在实际器件的制作和分析等应用方面也起到了重要的指导作用。
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