Rashba自旋轨道耦合对非磁半导体中电子自旋极化隧穿的影响

摘要

本文以非磁性半导体多层结构作为研究对象，利用转移矩阵方法研究了电子自旋极化共振隧穿的透射系数、极化率、电流密度等物理特性。
　　 首先，我们选择非对称双势垒结构AlAs/GaSb/AlAs/GaSb/AlAs，研究了电子自旋极化隧穿特性，在计入外加偏压，考虑Rashba自旋轨道耦合效应后，讨论了电子在此结构中的透射系数、电流密度与极化率等问题.研究发现，计入Rashba自旋轨道耦合项后，不同自旋取向电子的透射曲线发生了明显的自旋劈裂，共振峰的位置是由平面波矢和外加偏压共同决定的.随着平面波矢的增加，自旋向上电子的共振峰向低能态移动，而自旋向下电子的共振峰向高能态移动；随着偏压的增加，不同自旋取向电子的共振峰均向低能态移动。
　　 其次，我们还讨论了对称性多势垒结构AlAs/GaSb中垒数对电子透射的影响，及在外加偏压和Rashba自旋轨道耦合下的电子自旋极化隧穿.研究表明，Rashba自旋轨道耦合效应是产生自旋极化的主要原因.当不考虑Rashba作用时，共振透射曲线不发生自旋劈裂，且自旋极化率为0.但由于周期结构的阱间耦合作用，电子的共振能级发生了劈裂，对应势垒个数n，将劈裂成(n-1)个共振峰，当考虑Rashba相互作用时，每种自旋电子透射曲线都将发生劈裂，出现自旋极化，不同自旋取向电子的共振峰也会发生劈裂，劈裂原则与非自旋极化的劈裂原则相同.随着周期数的增加，共振透射峰数增加，其形状变的更为尖锐.另外，随着能量的增加，自旋极化率出现了振荡现象，且随着垒数的增加，振荡加剧，在一些共振能态处还出现了完全的自旋极化。