含Rashba自旋轨道耦合二维电子气结构中电子反常位移及自旋分离

研究了含Rashba自旋轨道耦合的磁电调制半导体二维电子气中弹道电子的反常位移 （Goos-H?nchen位移,即GH位移）。计算中发现,通过调节结构的各个参数包括入射角、磁场强度和Rashba自旋轨道耦合系数,可以有效地调控GH位移,并且在一定条件下可以为负。电子的GH位移和自旋极化态有密切关系,这个自旋相关的位移可以用来分离不同自旋极化的电子束。基于这种现象,提出了一种利用GH位移在半导体2DEG中分离不同自旋极化电子的方法。     

四终端量子环自旋输运的性质

提出了铁磁/半导体/铁磁结构的四终端量子环模型,研究表明:透射概率随半导体环增大做周期性等幅振荡,并与电子的自旋方向和铁磁电极的磁矩方向相关。上下电极的平均透射概率均比右侧电极的大,但四终端量子环的平均透射概率及其振荡频率均比两终端量子环的低。Rashba自旋轨道耦合具有促使透射概率产生零点的效应,AB磁通对透射概率具有影响。     

非均匀磁场下不同自旋轨道耦合相互作用对高自旋系统热纠缠的影响

采用纠缠的度量方法negativity研究了非均匀磁场条件下不同方向自旋轨道耦合相互作用对自旋为1的Heisenberg XX系统热纠缠的影响。研究发现高温时纠缠会随着Dzialoshinskii-Moriya(DM)相互作用的增加而增大,但是低温时,纠缠随DM相互作用的增加会出现起伏变化。x方向DM相互作用的纠缠一般较z方向DM相互作用的纠缠强,但是在一定条件下,z方向的纠缠也会高于x方向的纠缠,从而可以通过调节DM相互作用的方向等控制和生成纠缠、研究还发现可以利用纠缠关于磁场的对称性质以及纠缠的突变性来实现量子逻辑门、     

非均匀磁场下不同自旋轨道耦合相互作用对高自旋系统热纠缠的影响

采用纠缠的度量方法Negativity研究了非均匀磁场条件下不同方向自旋轨道耦合相互作用对自旋为1的Heisenberg XX 系统热纠缠的影响。研究发现高温时纠缠会随着Dzialoshinskii–Moriya（DM）相互作用的增加而增大,但是低温时,纠缠随DM相互作用的增加会出现起伏变化。x方向DM相互作用的纠缠一般较z方向DM相互作用的纠缠强,但是在一定条件下,z方向的纠缠也会高于x方向的纠缠,从而可以通过调节DM相互作用的方向等控制和生成纠缠。研究还发现可以利用纠缠关于磁场的对称性质以及纠缠的突变性来实现量子逻辑门。     

GeTe中铁电极化对自旋霍尔电导的调控研究

利用电场控制电荷的自旋流与电流相互转换是自旋电子器件的关键所在,而这种控制机制在铁电半导体GeTe中可以得到实现,因为其铁电极化可以改变自身的自旋织构。基于密度泛函理论计算,我们发现可以通过铁电极化可以进一步调节自旋霍尔电导(spinHallconductivity,简记为SHC),通过计算得到自旋霍尔电导的一个分量σxyz在带边缘附近可以达到100?/e(?cm)-1的量级,其主要原因在于电极化改变了能带结构。该研究工作为可控的自旋输运的实验和理论研究具有重要的价值,必将推动自旋电子学的进一步发展。     

量子环终端布局对自旋输运的影响

研究了量子环透射终端与入射终端相对位置改变时的变化规律。研究结果表明:透射概率和自旋极化率随半导体环尺寸的增大作周期性振荡,都与透射终端位置的改变相关;铁磁电极、Rashba自旋轨道耦合、外加磁场对透射概率和自旋极化率具有不同影响;透射概率随δ势垒强度增加单调减小,自旋极化率随δ势垒强度增加单调增大。     

HgCdTe反型层中的自旋轨道耦合、塞曼效应及界面粗糙涨落效应研究

通过实验测量,研究了HgCdTe反型层中的自旋轨道耦合、塞曼效应及界面粗糙涨落效应。采用理论模型对不同温度及不同平行磁场下的反弱局域效应进行分析,结果表明,在平行磁场中,界面粗糙涨落效应与塞曼效应均会对HgCdTe反型层的反弱局域效应产生抑制作用。其中,界面粗糙涨落效应表现为产生一个二维电子气法向的弱局域效应,对样品施加平行磁场会首先抑制界面粗糙涨落效应导致的法向弱局域效应,然后才以塞曼效应继续抑制反弱局域效应。通过对参数τ?τ_? 与|m_r^* g_3^* |的分析则表明,塞曼效应对反弱局域效应的抑制是与温度无关的。     

SiGe/Ge/SiGe异质结构中自旋极化输运特性的模拟

利用蒙特卡罗方法对SiGe/Ge/SiGe异质结构的自旋极化输运特性进行了模拟研究．在Ge沟道调制掺杂异质结构形成的二维空穴气中,空穴的自旋进动主要受Rashba自旋轨道相互作用控制．在77～300K的温度范围内,对自旋散射长度、自旋极化率等自旋极化输运特性进行了研究．模拟结果显示,低温和窄宽度沟道有利于减小散射对自旋极化输运的影响,避免自旋极化率衰减,增大自旋散射长度．栅控的漏端电流自旋相关效应使器件跨导增大,并产生负跨导效应．     

SiGe/Ge/SiGe异质结构中自旋极化输运特性的模拟

利用蒙特卡罗方法对SiGe/Ge/SiGe异质结构的自旋极化输运特性进行了模拟研究.在Ge沟道调制掺杂异质结构形成的二维空穴气中,空穴的自旋进动主要受Rashba自旋轨道相互作用控制.在77～300K的温度范围内,对自旋散射长度、自旋极化率等自旋极化输运特性进行了研究.模拟结果显示,低温和窄宽度沟道有利于减小散射对自旋极化输运的影响,避免自旋极化率衰减,增大自旋散射长度.栅控的漏端电流自旋相关效应使器件跨导增大,并产生负跨导效应.     

Controllable persistent spin-polarized charge current in a Rashba ring

We theoretically predict the appearance of a persistent charge current in a Rashba ring with a normal and a ferromagnetic lead under no external bias. This charge current is the result of the breaking of the time inversion symmetry in the original persistent pure spin current induced by the Rashba spin-orbit coupling (RSOC) in the ring due to the existence of the ferromagnetic lead. With the Keldysh Green''s function technique, we find that not only the magnitude and sign but also the spin polarization of the generated charge current is determined by the system parameters such as the magnetization direction of the ferromagnetic lead, the tunneling coefficient, the strength of the RSOC and the exchange energy of the ferromagnetic lead, which are all tunable in experiments, that is, a controllable persistent spin-polarized charge current can be obtained in such a device.     

串联量子环自旋输运的性质

摘要：本文提出了金属/半导体/金属结构的串联量子环模型,研究表明：透射概率随半导体环增大发生振荡,AB磁通和Rashba自旋轨道耦合对两种自旋态电子的透射概率具有不同影响,A臂臂长和πR的比值与透射概率主共振峰的个数相关。透射概率随外加磁场增强发生振荡,其平均值随 角的减小而增大。     

在外磁场作用下Rashba系统中的磁光吸收谱

基于半经典玻尔兹曼方程的方法研究了InGaAs/InAlAs 系统中电子在Rashba自旋轨道耦合相互作用(RSOI)和外磁场作用下二维电子气(2DEG)的磁光吸收谱以及选择定则。RSOI的存在使朗道能级相互混合并移动, 在高迁移率和强磁场条件下, 磁光吸收谱可以观察到来自相邻郎道能级和相同自旋间的两个主吸收峰。随着电子浓度、外磁场以及自旋轨道耦合强度的不同可以相应地调制吸收谱强度和峰位等。另外, 由于朗道能级的混合, 使磁光谱出现自旋反转的跃迁, 但由于不同自旋态的电子波函数的重叠很小, 此跃迁对磁光吸收谱的贡献很小。     

Spin transport properties in double quantum rings connected in series

A new model of metal/semiconductor/metal double-quantum-ring connected in series is proposed and the transport properties in this model are theoretically studied.The results imply that the transmission coefficient shows periodic variations with increasing semiconductor ring size.The effects of the magnetic field and Rashba spin-orbit interaction on the transmission coefficient for two kinds of spin state electrons are different.The number of the transmission coefficient peaks is related to the length ratio between the upper arm and the half circumference of the ring.In addition,the transmission coefficient shows oscillation behavior with enhanced external magnetic field,and the corresponding average value is related to the two leads’ relative position.     

三终端多臂量子环中的持续电流

本文提出了三终端多臂量子环模型,并采用特殊方法来计算持续电流,研究发现：总磁通为零时,持续电流随半导体环增大做非周期和不等幅的振荡.总磁通不为零时,持续电流随AB磁通增强做周期性等幅振荡,Rashba自旋轨道耦合具有改变两种持续电流位相和位相差的效应. 平均持续电流的大小与各臂的臂长和所处的位置以及磁通分布相关.AB磁通对两种持续电流具有不同影响,两种持续电流是可分离的.     

Persistent spin currents in a triple-terminal quantum ring with three arms

A new model of a triple-terminal quantum ring with three arms is proposed.We develop an equivalent method for reducing the triple-terminal quantum ring to the double-terminal quantum ring and calculate the persistent spin currents in this model.The results indicate that the persistent spin currents show behavior of nonperiodic and unequal amplitude oscillation with increasing semiconductor ring size when the total magnetic flux is zero. However,when the total magnetic flux is non-zero,the persistent spin currents make periodic equal amplitude oscillations with increasing AB magnetic flux intensity.At the same time,the two kinds of spin state persistent spin currents have the same frequency and amplitude but the inverse phase.In addition,the Rashba spin-orbit interaction affects the phase and the phase difference of the persistent spin currents.The average persistent spin currents relate to the arm length and the terminal position as well as the distribution of the magnetic flux in each arm.Furthermore, our results indicate that the AB magnetic flux has different influences on the two kinds of spin state electrons.     

含双δ势垒铁磁/半导体/铁磁异质结隧穿电导的性质

研究了含双δ势垒的三终端铁磁/半导体/铁磁异质结隧穿电导的性质,结果表明:隧穿电导随半导体长度的增加作周期性等幅振荡,δ势垒强度、Rashba自旋轨道耦合强度、外加磁场强度及方向对隧穿电导均有不同的影响.     

双量子环的隧穿电导和隧穿磁电阻

研究了双量子环的隧穿电导和隧穿磁电阻,研究结果表明:隧穿电导和隧穿磁电阻都随半导体环增大做周期性等幅振荡。δ势垒、Rashba自旋轨道耦合、AB磁通对隧穿电导或隧穿磁电阻的影响各不相同。隧穿磁电阻随AB磁通增强发生周期性等幅振荡,并随φ0角的减小而增大。两电极磁矩方向反平行时,隧穿磁电阻恒为零。