混雜量子點系統中的自旋電子含時輸運特性研究

《混雜量子點系統中的自旋電子含時輸運特性研究》是依託中國礦業大學，由白龍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：混雜量子點系統中的自旋電子含時輸運特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：白龍
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

現代微加工技術使製備多種基於納米尺度的微小器件成為可能，基於電子自旋的納米技術的發展推動了信息技術的進步。量子點（也稱人造原子，多個量子點耦合構成人造分子）是典型的納米尺度結構，也是研究量子相干現象和揭示電子及其自旋輸運特徵的實驗平台。由超導體、正常金屬或鐵磁金屬與量子點耦合形成混雜量子點系統由於其電子及其自旋豐富的輸運行為是凝聚態物理研究的熱點問題。本項目在借鑑和結合混雜量子點體系直流輸運研究的基礎上來研究混雜量子點體系自旋電子含時輸運（交流輸運）問題。建立混雜量子點系統自旋電子含時輸運的一般理論框架，研究含時條件下自旋電子輸運的電導、電流、自旋流、自旋積聚等物理量的時空演化，揭示含時條件下混雜量子點體系自旋電子輸運的物理機制。該項目的研究能夠使我們從物理原理上理解受限混雜量子點體系中自旋電子的含時輸運行為，揭示更多的新物理；並且對於設計和發展自旋電子納米器件提供理論上的支撐。

結題摘要

自從巨磁電阻效應的發現以及自旋電子學的概念被提出以來，基於電子自旋的輸運研究業已成為凝聚態物理領域中的熱點問題，其研究結果有力地推動了信息技術的進步。混雜量子點結構為研究電子的自旋相關輸運提供了新的平台，我們主要研究了混雜量子點系統的自旋電子含時和穩衡輸運問題。第一，我們設計並研究了一個四端Andreev反射儀，同時考慮了自旋-軌道耦合作用，利用非平衡格林函式方法計算了系統的電導和電流。發現交叉Andreev反射和自旋-軌道耦合作用有利於產生自旋極化的Andreev反射，甚至純的自旋流也能產生以及自旋相關的電流在外磁場的作用下存在開關效應。第二，我們提出了一個三端混雜量子點結構並且研究了在含時光場照射下的熱電效應。發現含時光場使得電導譜和熱導譜產生Fano共振，而且在Fano峰附近熱功率和熱電轉換效率（ZT）顯著提高，這種含時光場有利於獲得較大的自旋熱電轉換效率，極大地違背了傳統的Wiedemann–Franz規律。第三，我們利用非平衡格林函式方法研究雙量子點結構的Andreev反射，考慮了自旋-軌道耦合作用對Andreev反射的影響。發現了自旋極化的Andreev反射的存在，甚至一個純自旋流也能夠產生,電流存在整流效應。更為重要的是發現自旋極化流存在負微分電導現象，這種效應能被廣泛套用於放大器和振盪器。第四，我們研究了由兩個量子點構成的三端異質結構系統的電子輸運。考慮了在超導電極中的非相干耦合效應對於電子輸運的影響。解析性地推導了直接Andreev反射和交叉Andreev反射的電導表達式。發現CAR破壞了時間反演對稱性，電導譜中存在自旋閥效應，一個純的自旋流能夠產生。研究結果表明，通過調整系統的參數，這個結構的最佳化特徵可以被獲得。最後，我們提出一個四端子混雜結構量子點系統的電子特徵，這裡面量子點連線了兩個鐵磁電極、一個正常金屬和一個超導體。發現自旋有關的Andreev反射電流具有類電晶體電流的特點，而且通過調控系統的參數，一個純的自旋流能夠產生。進一步的研究結果表明自旋翻轉效應和兩個鐵磁電極之間的磁矩角度能夠決定自旋電流的特徵。這些研究結果為操控納米結構中的量子輸運提供了可能。