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介观系统的电子输运过程中的相位问题是凝聚态物理领域重要的研究课题,它影响着电子传输过程中的电荷输运和自旋输运。本文研究了非均匀外磁场作用于一维理想金属介观方形环,由于几何相的出现对其中电子输运的影响。
我们研究电子在一个尺度在弹道区的理想金属介观方形环中运动,不考虑电子之间互作用及电子和声子的互作用,在非均匀外磁场的作用下,考虑电子自旋与外磁场的作用。由薛定谔方程组,我们计算了电子本征能量随外磁场作用的变化情况。计算表明电子能级的分裂情况不仅和外磁场的大小有关,而且和外磁场的方向有直接的关系。改变各边上的磁场方向,发现分裂后的能级在一定磁场情况下又会出现简并点。
持续电流在介观系统里是个典型的量子效应问题。AB环中,磁通通过环时矢势影响电子运动的相位而产生量子相干而引起持续电流。后来Daniel Loss等人又研究了介观系统里绝热条件下Berry相作用而产生的持续电流。本文模型中的拐点处由于外磁场的突变不满足绝热条件,通过计算由于几何相的作用,此模型也有持续电流的存在。由基态开始,每四个能级对应的持续电流方向不同相互抵消,所以系统的总持续电流取决于费米面上的电子。同时,根据去年Niu Qian等人新定义的自旋流,研究了自旋流随外磁场的方向的变化。和持续电流有类似的规律,由基态开始,每四个能级对应的自旋流相互抵消,系统的总自旋流取决于费米面上的电子。
在介观尺度内粒子能保持位相相干性,介观系统中的很多重要现象都是由于粒子的量子相干所产生的,如弱局域化区的电导率修正,铺适电导涨落和正常金属环中的持续电流等。绝热条件下,H(t)在参数空间走一圈后将产生,波函数将增加一几何相位,称为Berry相位。Berry指出,当参数空间中如果绕过能级简并点(即diabolic point)时,Berry相为π,否则为0.Aharonov与Anandan作了进一步推广,在非绝热条件下,只要体系量子态按照薛定谔方程周期演化,经历一周期后,量子态回到初态,又有一相位差,即为AA相。本文研究了非均匀外磁场作用下一维理想金属介观方形环中运动电子的几何相位随外场的变化情况。