自旋軌道耦合對量子點體系輸運性質的影響.pdf

1、自旋電子學是一門研究如何在固體中有效地控制自旋自由度的新興交叉學科，人們希望利用自旋自由度來取代(或者結合)傳統(tǒng)電子學器件中的電荷自由度，從而實現(xiàn)新型的自旋電子學器件。研究自旋電子學器件要解決的主要問題有：如何有效地產(chǎn)生自旋極化；自旋極化保持的時間和輸運的距離，以及如何操控它們；自旋極化的探測。
　　論文將基于Rashba自旋軌道耦合，采用非平衡格林函數(shù)方法和slave-boson平均場近似，研究耦合雙量子點體系結構中自旋積累、自

2、旋極化輸運、純自旋流產(chǎn)生以及近藤效應等問題，并討論量子點能級、偏壓、磁通量、自旋軌道耦合等多種因素的影響下，量子點體系的自旋極化輸運性質。
　　首先，從理論上研究平行耦合雙量子點與電極對稱連接的結構中，Rashba自旋軌道耦合作用對Fano共振的影響。研究表明，受Rashba自旋軌道耦合作用調(diào)節(jié)的共振通道，非共振通道及它們之間的量子相干是Rashba自旋軌道耦合作用調(diào)控Fano共振的根本原因。Rashba自旋軌道耦合作用和磁通量在

3、產(chǎn)生自旋極化輸運的過程中起到關鍵性作用。當沒有磁通量通過量子點體系時(0=),與自旋無關的Fano共振受Rashba自旋軌道耦合作用強度調(diào)節(jié)。當有磁通量通過量子點體系時，如π/2=，自旋相關的Fano共振出現(xiàn)。而且每種自旋成份的Fano共振峰線型可被Rashba自旋軌道耦合作用強度調(diào)控。考慮電子間的庫侖相互作用后，不同自旋電子的電導譜分為兩部分，一部分中心位于成鍵態(tài)和反成鍵態(tài)，另一部分中心位于其庫侖阻塞區(qū)。
　　其次，通過對每個臂

4、均嵌入一個量子點的Aharonov-Bohm(AB)環(huán)中的自旋積累效應的研究，發(fā)現(xiàn)在Rashba自旋軌道耦合作用下，即使在無鐵磁性電極、無磁場的情況下，由于量子相干，量子點中也會產(chǎn)生自旋積累，并且量子點中的自旋積累有如下特點：(1)自旋積累的大小和方向可通過門電壓和偏壓調(diào)節(jié);(2)每個量子點上的自旋積累作為 R?的函數(shù)，周期為2π;(3)自旋積累最大值的位置可由量子點的能級、電子間的庫侖相互作用強度和偏壓等因素共同調(diào)節(jié)。
　　此外

5、，研究了平行耦合雙量子點與三電極連接的體系自旋極化輸運性質，利用自旋軌道相互作用的可控性，探討控制不同自旋的電子沿不同電極輸運的可能性，提供產(chǎn)生自旋分離及純自旋電流的新途徑。研究表明當恰當?shù)剡x取Rashba自旋軌道耦合強度和偏壓后，通過調(diào)節(jié)施加在量子點上的門電壓，改變其中一個量子點能級時，一個由中間電極注入的非極化電流，經(jīng)過量子點體系后，在左、右電極實現(xiàn)自旋的分離，即二個完全極化且極化方向相反的自旋流可分別萃取到左電極或右電極上。另外，

6、在三個電極的電壓滿足一定關系時，中間電極可獲得一個幅度和方向均可調(diào)節(jié)的純自旋流。這樣的模型結構簡單，并可使用現(xiàn)有的技術手段在實驗上實現(xiàn)。
　　最后，利用slave-boson平均場近似，研究在Rashba自旋軌道耦合作用影響下，雙量子點體系的近藤效應。發(fā)現(xiàn)在磁通和Rashba自旋軌道耦合共同作用下，近藤區(qū)，量子點體系出現(xiàn)自旋極化的隧穿函數(shù)、局域態(tài)密度和線性電導。而且如果適當?shù)卣{(diào)節(jié)Rashba自旋軌道耦合強度，可控制同一時間只有一種