石墨烯共振隧穿结构中的自旋极化与磁电阻特性研究

论文摘要

本论文研究了铁磁体—石墨烯双垒(阱)—铁磁体(FG/IG/G/IG/FG)共振隧穿结构,并用传递矩阵方法研究了相对论电子的自旋极化输运和隧道磁电阻(TMR)。主要结论如下:利用传递矩阵方法推导出通过FG/IG/G/IG/FG结构与自旋相关的透射系数及电导,在条件一定的情况下,垒高(阱深)以及电子入射角都对自旋极化有着明显的影响。首先,在双势垒结构中,自旋向上电子态和自旋向下电子态都表明了各向异性的克莱因隧穿效应。在接近垂直入射角时,这种势垒都能保持非常好的透射性,自旋极化被完全抑制。相对于自旋向下电子态,自旋向上电子态的透射系数比自旋向下电子态的更复杂并包含更多的共振峰。在这种结构中,随着垒间距的增加,透射系数曲线出现了更多的共振峰。其次,在双阱结构中有些特征与双垒模型是类似的。主要区别在于,自旋向下电子的完全透射只发生在垂直入射附近,自旋向上电子的共振峰出现在入射角较大时以及垂直入射时。再次,在双势垒结构中,随着静电势垒的增加,电导显示出振荡特性。当费米能足够大,两个铁磁电极的磁化方向平行和反平行时,电导的区别变小。最后,在双阱结构中,随着阱间距的增加,电导振荡的振幅变小。与双垒模型相比,由于共振隧穿特性,电导的数值较大。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 自旋电子学的研究进展
• 1.2.1 自旋极化
• 1.2.2 隧道巨磁电阻效应
• 1.3 石墨烯的发现和制备
• 1.3.1 石墨烯的发现
• 1.3.2 石墨烯的制备
• 1.4 本论文主要的的研究工作
• 2 石墨烯的结构和基本性质
• 2.1 石墨烯的结构
• 2.2 石墨烯的性质
• 2.2.1 力学性质
• 2.2.2 电学性质
• 2.2.3 热学性质
• 2.2.4 磁学性质
• 2.3 Klein 佯谬
• 3 基于石墨烯的共振隧穿结构的输运特性
• 3.1 介绍
• 3.2 基本模型和理论方法
• 3.3 计算结果和分析
• 总结和展望
• 参考文献
• 致谢