量子點磁性隧道結中自旋相關的熱電輸運理論研究

《量子點磁性隧道結中自旋相關的熱電輸運理論研究》是依託華南師範大學，由王瑞強擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：量子點磁性隧道結中自旋相關的熱電輸運理論研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王瑞強
• 依託單位：華南師範大學

項目摘要

在通常的熱電輸運中引入電子自旋自由度，最近新誕生了一門自旋熱電子學（spin caloritronics），它是自旋電子學在熱電效應中的一個重要延伸，極大地引起了研究興趣。量子點磁性隧道結由於易控性，在自旋相關的熱電輸運研究中具有極大的優越性，它的研究既可發展自旋輸運理論、為開發自旋電子器件提供新思路，也為尋求新型熱電器件開闢一個新方向，對基礎研究和潛在的套用都有著重要的價值。本項目擬研究的內容包括：（1）研究磁性分子的內稟磁各向異性及磁化量子隧穿相關的自旋塞貝克效應，利用熱電信號來揭示磁性分子內部的微觀磁結構。（2）研究熱電輸運中磁性分子內部自旋態的翻轉機理，進而探索以磁性分子為信息儲存基元的熱調控方案。（3）研究量子點的自旋阻塞、電子-電子、電子-聲子互作用等多體問題相關的塞貝克效應，從熱電特性的新角度來揭示這些微觀機制，為熱電子器件的設計或熱電轉化效率的提高提供新思想。

結題摘要

自旋電子學目前已成為凝聚態物理和材料物理領域最為關注的前沿研究領域之一，它的主要目的是操作電子自旋自由度來實現信息儲存、加工和處理。自旋量子態的操控和自旋流（或自旋偏壓）的產生、操控及探測是自旋電子學領域中最為關鍵性的課題。本項目主要以磁性分子和量子點磁性隧道結為研究對象，系統開展了自旋相關的熱、電輸運研究。為了實現自旋的有效調控，我們採用了外加溫度差（通過塞貝克效應）、偏壓和門電壓等多種外部調控手段，且同時通過對比研究闡述了不同手段在調控自旋相關輸運的優缺點。由於量子點納米體系具有強的量子受限及多種多體效應，在自旋調控上有其獨特的優勢。在研究中，我們考慮了多種微觀機制，包括磁性分子內稟的磁各向異性、磁化量子隧穿、電子-電子互作用，電子-聲子互作用、自旋-軌道耦合機制、庫侖阻塞及自旋阻塞機制等，詳細揭示了各種微觀物理機制在自旋輸運中的作用。 研究發現，這些微觀機制嚴重地影響著電子自旋相關的輸運，通過控制各種微觀機制的大小或它們的聯合作用，產生了豐富的自旋輸運特性及自旋相關的熱電特性。特別是在自旋塞貝克效應的研究中，發現通過控制溫差可以更容易調控自旋狀態並獲得純自旋流及自旋過濾器效應，為自旋流的產生提供了新思路，是自旋電子學在熱電效應中的一個重要延伸。但同時也發現自旋塞貝克效應會抹去自旋量子關聯效應，必須結合電控手段進行探測。我們還重點探討了在磁性分子隧道結中自旋極化輸運對磁各向異性及自旋翻轉的影響，為探索以磁性分子為信息儲存基元設計提供理論依據。分子量子點磁性隧道結由於易控性，它的研究不但豐富自旋電子學的基礎理論，而且為開發新型自旋電子器件提供新思路，對基礎研究和潛在的套用都有著重要的價值。此外，我們根據國內外研究發展狀況，擴展了我們的研究內容，研究了類石墨烯體系中量子態的調控及電子輸運特性。