磁量子结构中二维电子气的自旋极化输运性质研究

论文摘要

电子同时具有电荷和自旋两种属性,电子的电荷属性在半导体材料中获得了极大的应用,推动了电子技术、计算机技术和信息技术的飞速发展。电子的自旋属性具有广泛的应用前景,已成为目前凝聚态物理中的研究热点,受到人们越来越多的关注。为揭示磁量子结构中的电子自旋极化输运现象的物理机制和规律,并希望为基于这些磁量子结构的自旋电子器件设计提供物理模型和理论依据,本文针对具有重要应用价值和基础研究意义的磁量子结构中的电子自旋极化输运性质做了较为系统和深入的理论研究,并取得了一些有意义的结果。运用散射矩阵方法,研究了台阶磁势垒量子结构中二维电子气的隧穿输运性质。结果表明:(1)在零偏压下,电子传输概率的自旋极化度曲线随入射能量的增加而振荡衰减;(2)随着磁台阶数的增加,电子传输概率的自旋极化度最大值减小,同时电子传输概率的自旋极化度曲线振荡衰减也越来越慢;(3)随着磁台阶的总宽度增加,电子的传输概率的自旋极化度曲线出现更明显的振荡,电子隧穿磁台阶势垒表现出明显的量子尺寸效应;(4)在偏置电压的作用下,电子传输概率的自旋极化度曲线在宽广的入射能量区出现明显的振荡增大,电子隧穿磁台阶势垒表现出更明显的自旋过滤效应。利用散射矩阵方法和δ函数近似研究了有限单元的反平行磁超晶格结构中二维电子气的自旋极化输运性质。研究结果表明:(1)电子隧穿磁超晶格结构传输概率随入射电子能量和单个磁场大小变化均表现出明显的共振劈裂特性;(2)由于不同自旋取向的电子共振劈裂程度出现交替变化,导致电子传输概率的自旋极化度曲线也出现了共振劈裂;(3)随着偏置电压的增大,电子隧穿磁超晶格结构的传输概率曲线共振劈裂更加明显,电子传输概率的自旋极化度也明显增大,电子隧穿磁超晶格结构表现出更加明显的自旋过滤效应。磁超晶格结构中的电子传输概率和电子传输概率的自旋极化度曲线的共振劈裂具有普遍性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 介观体系的输运理论
• 1.2.1 Landauer 公式
• 1.2.2 Landauer-Buttiker 公式
• 1.3 本文的研究背景和研究内容
• 第2章 矩阵计算方法
• 2.1 引言
• 2.2 转移矩阵方法
• 2.3 散射矩阵方法
• 第3章 磁台阶势垒结构中二维电子气的自旋极化输运
• 3.1 引言
• 3.2 理论模型与方法
• 3.3 数值结果与讨论
• 3.4 小结
• 第4章 反平行磁超晶格中二维电子气的自旋极化输运
• 4.1 引言
• 4.2 公式和模型
• 4.3 计算结果和讨论
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 致谢