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1、自旋電子學(xué)是凝聚態(tài)物理學(xué)中最活躍的研究領(lǐng)域之一,它是研究利用電子的自旋自由度來(lái)制造電子器件的一門學(xué)科,不僅在信息工業(yè)中有著重要的應(yīng)用前景,而且也是凝聚態(tài)物理的一個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科。自旋電子學(xué)所面臨的主要挑戰(zhàn)是如何在半導(dǎo)體材料中實(shí)現(xiàn)自旋注入、自旋控制和自旋檢測(cè)。本文將主要研究在介觀系統(tǒng)中的逆自旋霍爾效應(yīng)性質(zhì)以及它引起的電荷積累效應(yīng)。具體研究?jī)?nèi)容和基本結(jié)果如下:
第一章,介紹了自旋電子學(xué)的起源與發(fā)展,自旋電子學(xué)中經(jīng)常用到的概念,半導(dǎo)體
2、自旋電子學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用以及自旋霍爾效應(yīng)和它的逆過(guò)程。
第二章,介紹了二維半導(dǎo)體系統(tǒng)中兩種自旋軌道耦合相互作用:Rashba和Drcsselhaus自旋軌道耦合作用,推導(dǎo)了它們的哈密頓量以及本征值和本征態(tài)。另外還簡(jiǎn)要介紹了介觀電子系統(tǒng)及常用的Landmet-butiker公式、散射矩陣方法。這有利于我們借助以上方法來(lái)研究本文的內(nèi)容。
第三章,我們對(duì)兩端接有理想導(dǎo)線的、有Rashba自旋軌道耦合作用的二維電子氣(
3、2DEG)納米器件中的逆自旋霍爾效應(yīng)進(jìn)行了理論研究?;趦牲c(diǎn)模型和Kcldysh格林函數(shù)方法,我們推導(dǎo)了逆自旋霍爾效應(yīng)中電流的解析表達(dá)式,它清晰地反映了非零的橫向電荷流是Rashba自旋軌道耦合,自旋偏壓以及它的自旋極化方向共同作用的結(jié)果。進(jìn)一步,我們?cè)诟蟮臉悠废到y(tǒng)而非兩格點(diǎn)模型中,也進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,發(fā)現(xiàn)逆自旋霍爾效應(yīng)形成的電荷流的大小依賴自旋軌道耦合強(qiáng)度,電子費(fèi)米能和樣品尺寸。這些特性對(duì)自旋軌道耦合系統(tǒng)中有效的進(jìn)行自旋流(自旋偏壓)
4、的電探測(cè)可能提供很大幫助。
第四章,我們理論研究了由逆自旋霍爾效應(yīng)導(dǎo)致的電荷累積,其模型是由存在Rashba/Dresselhaus自旋軌道耦合作用(SOI)的2DEG量子線構(gòu)成的,并且量子線的兩端接有鐵磁電極。在非平衡情況下,當(dāng)外部電壓驅(qū)動(dòng)的自旋極化方向沿2DEG平面法線方向的自旋流流過(guò)SOI區(qū)域時(shí),量子線的兩個(gè)橫向邊緣就會(huì)有電荷累積(霍爾電壓),兩個(gè)鐵磁電極的磁化方向影響霍爾電壓的大小,當(dāng)它們平行或反平行2DEG平面的
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