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电子有两个自由度,一个是电荷,另一个是自旋。以电子电荷为基础的微电子在二十世纪取得了巨大成功,但是在传统的微电子器件中电子的自旋却一直被人们忽视。自从在多层膜和颗粒膜系统中发现巨磁电阻(GMR)现象,在锰氧化物中发现特大磁电阻(CMR)现象和磁性隧道结中发现隧道磁电阻(TMR)现象之后,自旋极化的电子输运已经成为凝聚态物理研究中的重要领域之一。
人们发现存在自旋霍尔效应的二维电子气中可以产生自旋流,从此对自旋流的研究进入了一个新阶段。在这之前,铁磁隧道结中的自旋流已经得到了大量的研究,并得到了一些很好的近似解:但是严格的解析解尚没人得出,本文就此作了一些研究。
本论文主要对自旋电子在磁性异质结构中的输运特性进行了研究,具体研究内容和基本结果如下:
第一章简要介绍了自旋电子学研究中经常利用的概念、电子学的发展和应用情况。
第二章对电子在不同条件下的输运理论进行了总结。经典的电子输运主要是波尔兹曼方程;介观情况分别用Landauer-Büttiker公式、非平衡格林函数方法对电子的输运进行了研究。这有助于我们借鉴合适的方法来研究本文的内容。
第三章对一维晶格模型的铁磁/绝缘体/铁磁(FM/I/FM)隧道结中的平衡自旋流(ESC)进行了理论研究。利用非平衡格林函数方法,我们得到了ESC的严格表达式。
结果发现:在强势垒极限,严格结果的近似与人们所知的线性响应结果一致,即ESC起源于铁磁磁化的交换耦合,也就是J<,s>~h<,L>×h<,R>;而在铁磁导线间没有势垒时,ESC将会消失,因为结界面的电子反射在形成ESC时起关键作用,这是量子力学效应。另外,在弱磁化和强势垒的情况下,我们得到了ESC与系统电导之间的简单关系。最后,对其它类型隧道结中的ESC进行了展望。