二维自旋轨道耦合电子系统中电场诱导非平衡自旋极化的物理机制的研究

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自旋电子学是以研究电子的自旋极化输运特性以及基于这些特性而设计、开发新的电子器件为主要内容的一门交叉学科,其研究对象包括电子的自旋极化、自旋相关散射、自旋弛豫以及与此相关的性质及其应用等。在半导体自旋电子学的诸多需深入研究课题中,自旋极化输运就是一颇为棘手的问题。目前,对自旋极化输运的了解还处于一个非常肤浅的阶段,对出现的各种新现象、新效应的理解基本上还只能是一种“拼凑式”的半经典的唯象解释。因此,自旋电子学的发展还面临着很多更大的挑战。 本硕士学位论文从理论上研究了:(1)在具有Rashba-Dresselhaus自旋一轨道耦合相互作用的二维半导体电子系统中外电场诱导边缘自旋积累的一种可能物理机制。(2)提出了一个半经典的方法对k线性和k立方的Rashba模型动力学磁电效应做统一的描述。全文共分三章: 第一章,简要介绍了论文的研究背景,重点介绍了目前自旋电子学中的一些研究热点及相关研究进展。 第二章,提出了一个在自旋轨道耦合的弹道二维电子气中,电场诱导反对称边缘非平衡自旋极化的一种可能物理机制。目前,对于边缘自旋积累的原理或机制的了解还不深入。之前人们认为其是由于自旋霍尔效应导致的,近期一些研究则对这一结论提出了一些不同的看法,研究结果显示电流诱导横向反对称的自旋积累,未必与自旋霍尔效应有关。而在本章研究的机制中,电流诱导反对称横向边缘自旋积累的出现,不是因为横向的自旋电流,而是来源于自旋轨道耦合,受限区域两侧边缘的边界束缚,以及纵向环路电流引起的时间反转破缺对称。同时,可以看到尽管在该机制中物理本质与自旋霍尔效应是大不相同的,但是由于该机制诱导边缘自旋积累的特征跟自旋霍尔效应的很相似,所以很容易令人联想到自旋霍尔效应。 第三章,基于热力学极限下,提出了k线性和k立方的Rashba模型中动力学磁电效应的一个统一的半经典理论描述。在上述系统里。看到与内禀自旋霍尔效应相反的现象:在k立方的Rashba模型里,动力学磁电效应在热力学极限下会消失;但是在k线性模型里,在热力学极限下,动力学磁电效应保持稳定。
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