多終端半導體介觀環的自旋輸運特性研究

《多終端半導體介觀環的自旋輸運特性研究》是依託河北師範大學，由翟利學擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：多終端半導體介觀環的自旋輸運特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：翟利學
• 依託單位：河北師範大學

項目摘要

本課題擬採用量子波導理論、傳遞矩陣及格林函式方法結合Landauer-Büttiker公式，以三終端和四終端介觀環為重點，對多終端介觀環的輸運特性開展研究，主要內容包括：(1) 研究多終端介觀環的零電導共振現象，總結電導零點產生條件和演化規律，探索電導零點與其附近共振峰對稱性的關係，研究各輸出端自旋極化矢量及其分量；(2) 研究磁場下塞曼項對介觀環輸運特性的作用，建立多終端多邊形環輸運特性的研究模型，探索多終端圓環和多邊形環輸運特性的異同；(3)考慮圓環寬度，研究磁場下含有雜質的準一維多終端圓環的輸運特性，分析介觀環輸出端配置、雜質、磁場及Rashba和Dresselhaus自旋軌道耦合相互作用對介觀環輸運特性的影響，探索相關文獻實驗現象的物理本質。本課題的完成將增進人們對多終端介觀環器件自旋分離和輸運機制的理解，完善介觀環的輸運理論。

結題摘要

在半導體量子環結構中，自旋軌道耦合和量子干涉共同作用可以用來實現電子自旋的控制和操作。基於半導體量子環設計開發電場控制的自旋分離器件，要使用三終端或四終端量子環。因此，對多終端量子環中的自旋輸運特性研究是有必要的。基於此，該項目研究了一維三終端和四終端半導體量子環的自旋輸運特性，主要研究內容和結果如下：1.推導了三終端圓環輸出端的透射係數，通過對透射矩陣的么正變換得到了輸出端電導的自旋極化分量，研究發現：隨著自旋軌道耦合強度的增大，z方向的自旋極化逐漸減小並趨於零，x方向的自旋極化快速增大並趨於飽和，y方向的自旋極化始終為零。2.利用格林函式方法研究了 Rashba 自旋軌道耦合(RSOC)和Dresselhaus 自旋軌道耦合(DSOC)共同作用下三終端圓環的自旋輸運特性，計算了RSOC和DSOC共同作用下圓環的能帶，研究發現：考慮一種自旋軌道耦合時，輸出端電導呈現出典型的零電導共振現象；無序效應的加入消除了電導的零點；同時考慮RSOC和DSOC時，圓環的能帶出現了帶隙，對稱配置輸出端的電導產生了各向異性，這種各向異性對無序顯示出較強的穩健性。3.基於量子波導理論和微擾論，研究了弱磁場下塞曼效應對三終端圓環自旋輸運特性的影響，研究發現：弱磁場下塞曼效應破壞了自旋的等價性，把電導零點變成了電導的極小點；支路電導和總電導呈現出AB振盪，但是塞曼效應改變了輸出端電導AB振盪的振幅。4.推導了解析的四終端圓環的透射係數，考慮Rashba自旋軌道耦研究了弱磁場下四終端圓環的自旋輸運特性。研究發現：非對稱配置的四終端圓環輸出端電導也呈現出典型的零電導共振現象，電導零點可以分成兩類，自旋軌道耦合、磁場、塞曼效應對電導零點都有影響。對於對稱配置的四終端圓環，體系的電導、自旋電導及自旋極化率存在一定的對稱性。本課題的完成增進了人們對多終端介觀環器件自旋分離和輸運機制的理解，完善了介觀環的輸運理論。