介观量子点模型自旋输运性质的研究

论文摘要

自旋电子学的主要目标是能动地控制固态系统的自旋自由度。如何有效地使系统产生自旋极化是自旋电子学领域的基本问题之一。自旋极化输运在自旋器件的制作和应用上有重要意义。相对于传统的铁磁隧穿结,对量子点等半导体纳米结构的研究已经成为了自旋电子学领域中的热点。本文主要运用格林函数方法研究了如何在量子点系统中产生电导极化和自旋电流,以及如何对其进行控制,主要内容如下:首先简要介绍了半导体自旋电子学中自旋的注入与输运,控制与操纵方面的发展。接着介绍了处理介观系统电子输运问题的格林函数方法。运用格林函数方法,我们研究了理想量子线通过量子点与铁磁导线侧向耦合系统的电导自旋极化特性。由于量子线上的弹道通道与通过量子点的共振通道间的Fano类干涉,系统的电导出现两个反共振峰。铁磁导线可以控制不同自旋的电导振幅,产生自旋极化。电导极化率在共振区有两个峰值,且与非共振区的极化方向相反。因此通过控制量子点上的电压可以实现量子线上的自旋输运反转。调整量子点和铁磁导线的耦合强度参数可以使电导极化率达到极值。我们还研究了在电子自旋共振(ESR)场作用下,考虑相互作用的量子点与导线耦合系统的自旋抽运电流。在Büttiker方法中考虑了量子点上的自旋退相干效应。通过非平衡格林函数方法的计算发现,由ESR所引发的自旋翻转会产生自旋电流,但是不伴随有电荷流。库仑相互作用和自旋退相干效应都会减小自旋电流的振幅。本文还讨论了自旋抽运电流随ESR场的密度和频率以及自旋退相干强度的变化关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 半导体自旋电子学的兴起
• 1.2 自旋的注入和检测
• 1.2.1 欧姆式注入
• 1.2.2 隧道结自旋注入
• 1.2.3 热电子自旋注入
• 1.2.4 自旋的检测
• 1.3 自旋的输运
• 1.4 半导体电子自旋的控制和操纵
• 2 介观结构量子输运的格林函数方法
• 2.1 格林函数的定义
• 2.2 运动方程方法
• 2.3 回路格林函数
• 2.4 非平衡格林函数方法的应用及电流表达式
• 2.5 本章小结
• 3 侧向耦合铁磁导线的量子线的电子输运
• 3.1 引言
• 3.2 模型和方法
• 3.3 结果和讨论
• 3.4 本章小结
• 4 退相干条件下的自旋抽运
• 4.1 引言
• 4.2 模型和方法
• 4.3 结果及讨论
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献