Rashba自旋轨道耦合对半导体AB测试仪中自旋输运的影响

摘要

本论文应用量子波导理论对半导体Aharonov-Bohm(AB)测试仪中自旋相关的电子输运特性进行了研究。我们所研究的半导体AB测试仪由半导体AB环连接两个铁磁电极组成，且在环的下部存在势垒，两个铁磁电极的磁化方向分别为平行和反平行排列。考虑半导体AB环中Rashba自旋轨道耦合以及势垒的影响，利用散射矩阵方法计算了自旋相关的隧穿系数。由隧穿系数利用Landauer-Bfittiker电导公式和隧穿磁电阻理论分别计算了自旋相关的电导、自旋极化率和隧穿磁电阻。结果有以下几部分内容： 1.利用散射矩阵的方法推导出电子通过A-B测试仪的隧穿系数及电导，结果表明，总磁通和势垒的存在可以影响AB测试仪中两类电导零点的出现，电导展现出的AB谐振主要由磁通和势垒控制，我们所研究的结构展现出很好的AB谐振，这个结果更有力的证明了半导体介观环中A-B效应的存在。 2.首次把AB介观多臂环的电极变为铁磁电极进行研究。在铁磁电极磁矩平行排列时，不同自旋态电子展现出不同的输运性质；当磁矩反平行排列时，自旋对电子输运性质的影响消失，但电子整体的透射概率明显减小。由于铁磁电极的存在，出现了明显的自旋极化现象，且我们研究的模型可以得到很大的自旋极化率和隧穿磁电阻，这充分说明我们的器件非常有利于应用在传感器和磁记录上。 3.计算了Rashba自旋轨道耦合的存在对电子隧穿性质的影响，结果表明Rashba自旋轨道耦合的存在是由于外加电场的作用，在此作用下，电子的隧穿概率有所提高，且出现了自旋滤波现象；自旋滤波的出现不仅依赖于电场，还依赖于磁场的存在即AB磁通.

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1自旋电子学研究进展

1.2半导体介观环

1.3介观系统中的基本概念

1.3.1几个特征长度

1.3.2介观系统的基本物理现象及其规律

1.3.3磁电阻

1.4主要研究工作

2基本理论和方法

2.1量子波导理论

2.2 Landauer-Büttiker公式的简化推导

2.2.1两端单通道器件电导系数的Landauer-Büttiker公式

2.2.2两端多通道器件电导系数的Landauer-Büttiker公式

2.3单通道器件的传递矩阵和散射矩阵理论

2.3.1单通道器件的传递矩阵理论

2.3.2单通道器件的散射矩阵理论

3半导体AB测试仪中自旋相关的输运性质

3.1模型和计算公式

3.2计算结果和讨论

3.2.1电导零点的计算

3.2.2势垒和磁通对电子输运性质的影响

3.2.3 Rashba自旋轨道耦合对电子输运性质的影响

3.2.4反铁磁电极对电子输运的影响

3.2.5 AB测试仪中零电导谐振

3.2.6自旋滤波——Spin filtering

3.2.7 AB测试仪中的自旋极化现象

3.2.8 AB测试仪中的隧穿磁电阻(TMR)

3.3小结

4总结和展望

参考文献

致谢

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