自旋轨道耦合介观体系中的自旋Hall效应及自旋流

摘要

自旋电子学是当前凝聚态物理中新兴的研究领域．在自旋电子学的研究课题中，有许多基础的物理问题，例如如何在材料中实现自旋注入、自旋控制和自旋检测等。而基于半导体异质结电子自旋轨道耦合的自旋极化输运问题以及其中的自旋霍尔效应与自旋流则越来越成为其中一个热门的研究课题，特别是在没有外磁场的介观体系中控制电子的自旋以及自旋流在设计新一代更高性能电子元件和存储设备中显得非常重要。因此，研究含自旋轨道耦合介观体系的自旋输运性质有很重要的基础意义和高技术应用背景。 全文共分为五章。 第一章简要介绍基于闪锌矿化合物半导体异质结的自旋轨道耦合系统的研究历史与现状，包括自旋积累、自旋进动、自旋极化输运以及自旋流与自旋霍尔效应等。 第二章介绍了半导体异质结中的自旋轨道耦合效应，并从能带理论角度描述了异质结的形成及其量子阱、量子线、量子点的制备和用途。 在第三章中，我们首先阐述了介观系统中自旋Hall效应的背景知识以及它在理论和实际应用方面的重大意义，并在一个有限的二维电子气系统中具体讨论了自旋Hall电导的一些特性．然后我们从经典矢量的连续性方程出发，通过类比的方法推导出了一个较为合理的自旋流的定义，并利用此定义得出了自旋轨道耦合系统中自旋流密度的表达式。 在第四章中，我们设计了一个含有Dresselhaus自旋轨道耦合的无限长量子线系统，研究了此系统中的持续自旋流．通过对结果的分析，我们不仅得到了与已有文献相似的结论，而且发现了一些新的有趣的现象。这些结果在自旋流的探测，控制等方面都能起到关键的作用，具有良好的应用前景。 第五章我们对本文的工作进行了简要的总结，并对这一研究领域的发展前景作了简要的展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

§1.1研究背景与选题依据

§1.2本文研究的主要内容与科学意义

第二章半导体异质结自旋轨道耦合效应

§2.1半导体异质结人工低维结构

§2.2 Rashba自旋轨道耦合

§2.3 Dresselhaus自旋轨道耦合

§2.4自旋轨道耦合量子阱中的电子结构

第三章自旋轨道耦合介观系统中的自旋霍尔效应和自旋流

§3.1介观系统中的自旋霍尔效应

§3.2有限二维系统中的自旋霍耳电导

§3.3二维电子气系统中的自旋流

§3.4自旋轨道耦合系统中自旋流的表达式

第四章自旋轨道耦合量子线中的持续自旋流

§4.1半导体异质结准一维量子线系统

§4.2模型描述及哈密顿量

§4.3弱耦合下电子态的微扰解

§4.4自旋轨道耦合量子线中的自旋流

第五章总结和展望

§5.1全文总结

§5.2本论文的创新点

§5.3后续工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表及完成的论文

致谢