介观系统中自旋相关输运问题的理论研究

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近年来,随着人们对电子产品小型化的需要及半导体微加工技术的发展,人们在介观物理和自旋电子学方面的研究也取得了长足的发展。本文基于非平衡态格林函数理论,对介观系统中自旋相关的输运特性进行了理论研究。主要包括以下内容: 在第一章中,我们首先介绍了经典的电子输运,包括Drude模型,玻尔兹曼方程以及线性响应理论-久保公式,然后过渡到自旋相关的输运。接下来,我们讨论了在介观系统中常用的两种输运理论-Landauer-Btittiker理论和非平衡格林函数理论,详细介绍了用非平衡格林函数理论如何来求解通过散射区的直流电流。最后,我们还介绍了紧束缚模型方法,将散射区的哈密顿量在实空间格点化,写成矩阵形式,再通过适当的方法解得自能,最终得到散射区的格林函数。 在第二章中,我们具体研究了吸附磁性纳米颗粒的碳纳米管量子点中的Kondo效应。在模型哈密顿中,我们运用了一个类似于Hund耦合的作用形式,来表征磁性纳米颗粒与量子点中d电子自旋间的互作用。然后,运用格林函数运动方程方法,计算出量子点的格林函数,从而得到量子点的态密度以及微分电导。从计算模拟中,我们分析得到:零磁场下,Kondo共振峰发生劈裂;外加磁场时,Kondo峰关于磁场不对称;其劈裂宽度在有限磁场下有一个最小值。这些结论均与Nygard等人(cond-mat/0410467)所做的实验结果相一致。 在第三章中,我们运用非平衡格林函数理论,研究了磁畴壁的动力学电导G(ω)。考虑了磁畴壁中原子磁矩方向随着位置的不同而变化,将中间畴壁的哈密顿量在实空间格点化,写成矩阵形式,基于Heisenberg运动方程,计算出小偏压极限下磁畴壁的动力学电导,其满足总电流守恒及规范不变性条件。我们得到的结论显示:系统外加交流信号后,随着频率的增大,光子辅助隧穿过程的增强,使得共振透射逐渐减弱。同时,我们还发现,当外加频率条件满足hω恰好等于磁畴的费米能级E<,f>与畴壁中某一分立能级ε<,0>之差时,会产生光子的边带共振。在第四章中,我们研究了介观铁磁系统中磁振子的非平衡输运性质。运用非平衡格林函数方法,我们推导出一个类似Landauer-Büttiker型公式,表明磁振子输运产生自旋流。作为这个理论的应用,我们还讨论了存在磁振子相互作用时,两能级磁振子量子点系统中磁振子的输运性质,发现自旋流随两端磁化学势差的增大而增大,并且呈非线性关系。 在本文的最后一章中,我们做了一个简单的总结和展望。
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