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由于依赖自旋的电子器件有相干时间长,数据处理快,功耗低等优点,从而引起越来越多物理学家们的关注。自旋流产生,操作控制和测量是自旋电子学中具有挑战性的关键问题所在,所以,本论文应用传递矩阵和晶格格林函数方法研究了介观结构中的自旋输运。有趣的是在没有任何外加磁场且无铁磁电极情况下,通过改变系统的各种参数和外电场强度,我们得到强自旋极化流。三端均匀Rashba介观环可以实现全电的自旋过滤和自旋翻转,三端非均匀Rashba介观环上产生一个可以调节的电压降,这为我们探测纯自旋流提供了一种电学方法。十分有趣的是我们在二维非均匀Rashba介观系统得到了自旋Hall流。这也许对未来自旋流产生,控制,探测等自旋器件应用很有意义。
本文结构如下,第一章介绍了介观物理和自旋电子学。
第二章给出研究电子输运方法:传递矩阵和晶格格林函数方法。
第三章以传递矩阵方法理论研究了一维介观结构中的自旋输运。第一节,当非极化电子经过周期性Rashba自旋轨道耦合效应一维介观结构,我们得到非常大的自旋极化,可以实现自旋过滤;第二节,周期磁场对一维介观结构中自旋输运的影响;第三节,研究了考虑Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合效应的一维梳状波导结构中的自旋极化输运。
第四章研究了考虑k3 Dresselhaus自旋轨道耦合效应,通过对称单垒的自旋隧穿。势垒和接触端均由缺少对称性的闪锌矿半导体构成。结果显示自旋隧穿和界面电流均不同于前人的工作,尤其是在势垒宽度比较窄时,这种不同会随势垒的宽度增加而逐渐消失。我们发现考虑接触区Dresselhaus效应后,自旋极化和表面电流均被增加了。
第五章应用晶格格林函数方法研究了多端Rashba介观环上的自旋输运。在均匀Rashba介观环上实现了电流的自旋极化控制。在非均匀的Rashba介观环上,产生一个可以调节的压降,此压降又导致了第三端电流的变化。这样,根据电导的非定域性和,即量子相干输运,可以通过电学方法测量纯自旋流。
第六章应用晶格格林函数方法理论研究了二维非均匀Rashba介观系统的自旋Hall效应。出于非均匀的Rashba自旋轨道耦合效应,产生一个空间变化的有效磁场,破坏了系统横向空间反演对称性。结果使一端自旋Hall电导增加,而使另一端减小。非常有趣的是,四个端口取相同电压时,既无任何驱动电流时,在垂直于空间变化有效磁场方向,得到了自旋Hall流,这里我们不需要任何外加磁场,任何铁磁电极,也不需要任何驱动电流。
在最后一章,作了简要总结。