自旋偏压驱动的硅烯和锗烯光控晶体管

摘要

基于二维拓扑绝缘体硅烯和锗烯,理论上提出了一种适用于自旋偏压的光控晶体管.利用非平衡格林函数方法,计算了非共振圆偏振光场对硅烯和锗烯晶体管输出电流的影响.研究表明,硅(锗)烯的拓扑性质与漏极电流的输出特性均受控于入射圆偏振光场的手征性和强度.硅烯晶体管在较弱的左旋圆偏振光场和自旋偏压的作用下,可对外输出纯自旋流和完全极化的自旋向上的电流.在强场的作用下,硅烯边缘态发生相变形成带隙,晶体管处于截止状态,对外输出电流几乎为零.有别于硅烯晶体管,锗烯晶体管在较弱光场辐照条件下可以获得稳定的纯自旋流,在强场的作用下对外输出100%极化的自旋向下的电流.通过对中心器件区域同时施加不同手性的圆偏振光,利用非共振偏振光场诱导的边缘态相变和局域光场引起的能带失配可使锗烯晶体管由开态转换到关态.硅烯和锗烯光控晶体管处于开态时自旋相关电流的输出极值几乎相等,但是锗烯光控晶体管的击穿电压相较于硅烯晶体管有显著提高,锗烯光控晶体管可以在更高的温度保持有效的工作状态.