近年来，随着介观物理和纳米加工技术的发展，自旋电子学的研究己取得了长足的进展。半导体自旋电子学的主要目标是在一个传统的半导体环境中产生、储存、操作和输运电子自旋;半导体自旋电子学为基础研究和应用提供了丰富的方法和途径。本文使用量子力学方法对自旋场效应晶体管中自旋电子输运特性进行了理论研究，主要包括以下内容: 第一章是关于自旋电子学的一般性介绍，首先评论了自旋电子学的主题、目标以及研究意义；接着介绍了半导体中常见的两种自旋轨道耦合-Rashba自旋轨道耦合与Dresselhaus自旋轨道耦合、自旋注入效率、四种自旋弛豫机制和自旋霍尔效应;最后对自旋场效应晶体管方案的设计原理、存在的困难和研究现状作了阐述。 第二章通过考虑Rashba自旋轨道耦合、界面散射和导带不匹配来研究了自旋场效应晶体管中的弹道型自旋输运。研究表明自旋电导随准一维电子气通道的长度的振荡是Rashba自旋进动和自旋干涉两种振荡的相互叠加。它们有不同的振荡周期:Rashba自旋进动的振荡周期是π/kR，而自旋干涉的振荡周期是π/k，kR和k分别是Rashba波数和准一维电子气通道中电子的平均费米波数。依赖kR和k的相对大小，Rashba自旋进动和自旋干涉分别扮演着快振荡和慢振荡的不同角色。只有当kR=k时，自旋电导才表现为单一周期的振荡。 第三章研究了自旋场效应晶体管中的隧穿磁电阻(TMR)随准一维电子气通道长度L的变化行为。在存在Rashba自旋轨道耦合的弹道型输运中，铁磁电极的磁化方向平行时的电导(G

)和磁化方向反平行时的电导(G)都是L的振荡函数，但它们的相位差会导致(G

)和(G)之间的相对大小随L的周期性变化，从而导致TMR随着L的变化就在正负值之间振荡。 第四章研究了自旋场效应晶体管中的电导是如何被自旋轨道耦合强度、界面势垒高度以及源极和漏极的自旋极化率调制的。研究表明，在界面势垒稍高的自旋场效应晶体管中电导表现出极好的开关特性。人们可以通过调节劈裂门电压改变Dresselhaus自旋轨道耦合强度从而可对自旋场效应晶体管进行开和关操作。另一方面，在近似欧姆接触的自旋场效应晶体管中有主要起源于Rashba和Dresselhaus自旋进动的显著的电导调制。此外我们还研究了平面内横向磁场对电导调制以及开关效应的影响。 在本文的最后一章，作者做了一个简单的总结和展望。