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通过阅读大量的参考文献,对自旋电子学的发展历史、现状、基本理论、应用前景等情况作了全面的综述。介绍了关于介观系统输运性质的各种研究方法及输运性质的基本现象,并对其进行了分析总结。
影响介观系统输运性质的因素很多,杂质电场的影响是其中重要因素之一。杂质电场对载流子除了有库仑相互作用之外还存在自旋轨道耦合相互作用。本文主要研究计算杂质的库仑相互作用和自旋轨道耦合相互作用对介观系统电导的影响。计算时杂质视作点电荷,利用有限差分法将介观系统空间坐标离散化。并利用递推格林函数方法对介观系统电导进行数值求解。
首先我们给出了杂质存在时,包括门电压在内的系统哈密顿的离散化形式,通过递归方法求出系统推迟格林函数,利用推迟格林函数给出系统电导的公式。然后分别计算了杂质不同电场强度大小、不同杂质位置对系统电导和自旋极化流的影响。
计算结果表明,杂质电场的存在较之只有门电压存在时电导曲线出现了平移,说明杂质电场与门电压共同决定着载流子的行为,杂质电场强度越大影响就越大;杂质的空间位置越靠近介观系统的中心,其库仑相互作用对系统电导的影响越大,系统电导曲线平移越明显;杂质离系统越远,对系统电导的影响越小。电场与载流子的自旋轨道耦合相互作用使得电导曲线产生了一系列尖锐的峰值(即电导出现极大值),且随着自旋轨道耦合作用越来越强这些峰值越来越多也越来越大;杂质库仑相互作用和自旋轨道耦合作用对电导的共同影响较只有杂质自旋轨道耦合作用时电导曲线峰值的数目和峰值幅度均有所减小,因此可以推断杂质的库仑相互作用对其自旋轨道耦合作用起到了抑制效果。
杂质对载流子的自旋轨道耦合作用会使电子自旋占有数发生变化,产生自旋极化。电导的主要贡献来自于相同自旋态的导通。在我们假设门电压和杂质电势对应的参数(该参数决定着电势的正负)下,入射自旋向上出射自旋向下的电子基本上不导通,入射自旋向下出射自旋向上的电导出现较大的峰值。
上述结果对介观器件的设计有重要意义。可根据所需控制介观器件杂质的数量、类型和空间位置的分布,使其具有更优良的性能。