介观环中带有量子门的自旋相关的电子传输理论研究

摘要

本硕士论文主要研究带有量子门介观环中自旋相关电子传输的相移以及量子门对介观环器件电导振荡的调控机制。这是当前相位敏感量子输运的研究热点之一。本工作包括两个方面： 第一个工作是研究了加在量子门上外磁场对自旋极化电导AB振荡的影响。根据量子波导理论，电子的传输系数可以表示为穿过环中心的磁通量、调制外磁场和入射电子费米能量的函数。数值计算表明，当量子门中电子的Zeeman能量和其中一个本征态的能量相等时，AB环的电导与磁通量无关，是一个恒定值。改变调控磁场，使电子Zeeman能量跨过量子门本征能级时，就会发生自旋极化AB振荡的相位有π的突变。当电子的Zeeman能量处于两个相邻的本征态的能级之间时，极化电导的振荡是同相位的。这与以前模型的研究结果一致。而我们的研究发现电导有一个新的特征：对于入射电子的费米能量为特殊值kflc=(4m-2)π或4mπ(m是正整数)时、量子门中自旋态电子的Zeeman能量等于它本征态的能量时，自旋极化电子将处于一个恒定的全透射状态(Tμ=1)或全反射状态(Tμ=0)。在这种情况下，当Zeeman能量跨过量子门的本征能级时，电导的AB振荡没有相位π的突变，是同位相的。这是一类新的电导AB振荡，它是由电子波在该系统中的量子干涉而引起的。其相位特征与以前别人研究的结论不同。除此之外，研究了电场调控的量子门的AB环自旋极化的传输。电场是一种在实验上易于实现的调控方式。通过电场调控量子门，同样可以操纵和控制介观结构环中自旋极化的传输。 第二个工作是研究通过带有量子门Aharonov-Casher(AC)环的电导自旋极化振荡。发现在AC环中，自旋相关电导和极化度的关系与AB环有类似的结果。在AC环中，自旋向上电子的Zeeman能量等于量子门本征能级的能量时，它的电导处于一个恒定值，与织构电场强度产生的AC相移无关。在这种情况下，总的电导呈现自旋向下极化的AC振荡。另外，当自旋向上电子的Zeeman能量大于费米能量时，电导AC振荡会出现自旋向下电导相同的特征。另外发现在绝热量子相范围内，极化电导呈现周期性振荡；然而，在非绝热量子相范围内，极化电导出现反常振荡。 通过本工作的这两方面研究，希望这些结果能对新一代自旋电子器件设计和制造提供有意义的理论基础。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1介观物理简介

1.2介观系统中的位相相干效应

1.3小结

参考文献

第二章量子点中共振隧穿的相位演化

2.1引言

2.2一维介观环中Aharanov-Bohm和Aharonov-Casher效应

2.2.1 Aharanov-Bohm效应

2.2.2 Aharonov-Casher效应

2.3量子波导理论

2.4小结

参考文献

第三章通过带有量子门AB环的自旋极化的电子传输

3.1引言

3.2外磁场调控量子门的AB环自旋极化的传输

3.2.1模型和传输系数

3.2.2结果和讨论

3.3电场控制量子门的AB环自旋极化的传输

3.3.1模型和传输系数

3.3.2结果和讨论

3.4小结

参考文献

第四章通过带有量子门AC环自旋极化的电导振荡

4.1引言

4.2模型和传输系数

4.3结果和讨论

4.4小结

参考文献

第五章结束语

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

致谢