半导体量子结构中的自旋极化输运

论文摘要

半导体介观体系中的自旋极化输运的研究是当前凝聚态物理的重要课题。本文针对具有重要理论意义和应用前景的半导体介观结构中的自旋极化输运机理开展研究,获得了一些有意义的成果:研究磁垒量子结构中,磁场强度和偏压大小对电子自旋极化输运的影响。结果表明:零偏压下,电子在反平行等强磁垒结构中输运不会产生自旋极化;电子传输的阈值能量随磁场强度或偏置电压的增大而增大;在一定的磁场强度和偏压大小下,比较由半导体InAs和GaAs两类材料构成的量子结构中电子输运自旋极化度,发现它们的电子输运自旋极化度都随入射能量的增大而呈振荡衰减趋势,朗德有效因子高的InAs材料比GaAs的自旋极化度高出一个数量级。基于有效质量理论研究Rashba自旋轨道耦合及对二维电子气磁输运的影响。Rashba效应的强度取某个临界值时,由于特殊的朗道能级结构,电流的自旋极化度被共振增强。我们的理论结果表明,利用特殊的能带/能级结构可以在弱自旋极化体系中产生强自旋极化电流。基于8带有效质量模型研究量子阱中电场导致的Rashba自旋劈裂。通过改进的理论推导,得到Rashba劈裂的解析表达式。表明Rashba劈裂是波矢的非线性函数,我们提出一个双参数的非线性Rashba模型,说明了Rashba劈裂具有一定程度的非线性与广泛使用的解析模型(即线性Rashba模型,它将Rashba劈裂作为波矢的线性函数)不一致的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 自旋电子学器件
• 1.2.1 光自旋器件
• 1.2.2 电自旋器件
• 1.2.3 量子自旋器件
• 1.3 外磁场下半导体纳米结构的电子态
• 1.4 外磁场下半导体有效质量理论
• 1.5 研究的意义和内容
• 第2章 半导体量子阱中的电子自旋极化
• 2.1 引言
• 2.2 理论模型
• 2.3 结果与讨论
• 2.4 结论
• 第3章 半导体量子阱中的Rashba 自旋劈裂
• 3.1 引言
• 3.2 Rashba 解析式的改进
• 3.3 非线性的Rashba 劈裂
• 3.4 Rashba 致电流自旋极化的共振
• 3.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 A 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 致谢