量子点器件中由自旋偏压诱导的自旋输运

论文摘要

半导体量子点是准零维的介观结构,其中的载流子(如：电子)受到量子束缚而具有分立的能级和较强的库仑相互作用,这使得单个量子点的电子特性类似于自然界的原子,而被称为“人造原子”。与单个量子点相比,量子点分子结构具有更多的结构参数可以调控,其所实现的丰富的物理效应可作为未来量子信息及量子计算等纳米电子学功能器件的物理基础,量子点分子结构的电子输运特性是目前关于量子点研究的热点方向。本文采用非平衡态格林函数方法,对平行双量子点中的电子以及自旋输运性质进行了较为系统的理论研究,得到了一些有意义的结果。本论文工作开展如下两个方面的理论研究：一方面,我们通过考虑源电极的自旋偏压来研究双量子点ABF干涉仪中自旋极化电子的输运,我们发现自旋偏压调整了非共振通道的电子输运,驱动了漏极的电荷流和自旋流。同时,在共振通道的量子点出现明显的由自旋偏压诱导的自旋积累,这种特性是严格依赖于点内库仑相互作用。此外,当在源电极和漏极引入偏压时,通过改变偏压的振幅对漏极的电流和共振通道量子点的自旋积累进行有效的操控,包括电流和自旋积累方向和振幅的改变。另一方面,在理论上,通过三终端三量子点环来研究电子输运。在一个单独的量子点上引入局域的Rashba自旋轨道相互作用,我们发现在一个终端的自旋偏压明显的驱动了另一终端的电荷流,而且振幅相同,方向相反。这意味着在这样的结构中,可以通过电荷流的属性来测量自旋偏压。与此同时,通过自旋偏压诱导的自旋输运显著。当引用磁通量时,我们发现它在操控电荷输运和自旋输运方面是非常重要的。随着我们获得的结果,我们也建议这种结构可以用于电荷流和自旋流修正的原型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 介观物理简述
• 1.2 低维半导体材料概述
• 1.2.1 准二维半导体结构--量子阱
• 1.2.2 准一维体系--量子线
• 1.3 准零维结构的量子点
• 1.4 量子点中的物理效应
• 1.4.1 量子隧穿效应
• 1.4.2 库仑阻塞效应
• 1.4.3 Fano效应
• 1.5 AB效应简述
• 1.6 量子点的应用
• 1.6.1 量子点在器件中的应用
• 1.6.2 量子点在生命科学中的应用
• 1.7 本文开展的研究工作
• 第2章 格林函数方法
• 2.1 量子力学中的三种绘景
• 2.1.1 Heisenberg绘景
• 2.1.2 Schrodinger绘景
• 2.1.3 相互作用绘景
• 2.1.4 S-矩阵
• 2.2 平衡态格林函数的定义
• 2.3 非平衡态格林函数
• 2.3.1 非平衡态格林函数的定义
• 2.3.2 Lengreth定理、Dyson方程与运动方程
• 2.3.3 非平衡态格林函数在介观体系电子输运中的应用
• 2.4 自旋电子学
• 2.4.1 电子自旋的注入
• 2.4.2 自旋偏压诱导的电子属性
• 第3章 双量子点AB-Fano干涉仪中的自旋偏压和自旋性质
• 3.1 研究背景
• 3.2 理论模型
• 3.3 数值结果分析及讨论
• 3.3.1 零偏压下电子的输运情况
• 3.3.2 有限偏压时电子的输运情况
• 3.4 本章小节
• 第4章 三终端三量子点环中伴随有自旋偏压和Rashba相互作用的电流属性
• 4.1 研究背景
• 4.2 理论模型
• 4.3 数值结果和讨论
• 4.3.1 线性区域的电流
• 4.3.2 Feynman路径分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢