自旋轨道耦合与自旋霍尔效应?

从巨磁阻效应正式拉开自旋电子学的序幕开始,如何控制和操纵电子的自旋自由度在学术界和工业界掀起了巨大的研究浪潮,如何产生并测量自旋流也是自旋电子学面临的重大挑战.自旋轨道耦合为自旋电子学提供了利用全电学来控制自旋的物理基础,由自旋轨道耦合引起的自旋霍尔效应则为自旋电子学提供了产生较大纯自旋流的方法.本文从1879年Edwin Hall发现的那个迷人的效应谈起,同时从自旋轨道耦合的起源来认识自旋霍尔效应,进一步探讨了如何利用其逆效应来探测自旋霍尔效应及自旋流,并简单总结了与自旋霍尔效应相关的部分新效应及新应用.     

GaN基半导体中载流子的自旋注入、弛豫及调控

GaN基半导体材料由于其电场可控的自旋轨道耦合以及高于室温的居里温度,在半导体自旋电子学领域引起了广泛的关注.载流子的自旋注入、弛豫和调控是发展半导体自旋电子器件的关键问题.本文回顾了基于时间分辨克尔光谱和平面自旋阀电学测量对GaN基半导体中载流子的自旋注入、弛豫和调控的研究进展.对GaN基半导体的精细能带结构、自旋轨道耦合、自旋弛豫机制及自旋调控等进行了讨论,总结了GaN基半导体自旋电子器件的研究现状并提出展望.     

半导体中纯自旋流的探测

自旋电子学是利用电子的自旋而非电子的电荷作为信息载体而发展的物理和电子器件研究的分支领域.半导体中自旋流的测量在自旋电子学中起关键作用.本文从自旋流的基本性质出发,简要回顾了目前国际上探测自旋流的实验手段,以及作者最近提出的有关自旋流的光学效应和以此直接测量半导体中纯自旋流的理论.     

超形变核态的相对论对称性研究

相对论对称性在原子核的壳层结构及其演化中扮演重要角色.探讨超形变核态的相对论对称性,利用相对论平均场理论计算超形变核态的结合能、单粒子能级,提取单粒子能级的自旋和赝自旋能量劈裂,分析这些能量劈裂与原子核形变及自旋和赝自旋双重态量子数间的关系,进而研究超形变核态的自旋和赝自旋对称性及其随形变变化的规律,结果表明超形变核态的自旋和赝自旋对称性与双重态量子数和形变都相关.     

在Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合相互作用下二端双通道中的局域自旋极化研究

研究二端双通道结构中同时存在Rashba和Dresselhaus两种自旋轨道耦合相互作用情况下的电子局域自旋极化.本结构中所产生的局域自旋极化是由量子干涉效应和自旋轨道耦合共同导致的,因此可以通过调节结构参数和门电压的大小来改变局域自旋极化的大小.在适当选取某些参数的情况下.局域自旋极化可以达到0.33,可以用于自旋过滤器和信息储存器件.     

双势垒磁性隧道结中电子的自旋极化输运

 采用相干量子输运理论和传递矩阵方法,数值计算了两端具有铁磁接触的双势垒异质结构(F/DB/F)中自旋相关的隧穿几率和自旋极化率。结果表明,隧穿几率和自旋极化率随阱宽的增加发生振荡周期不随垒厚变化的周期性振荡;Rashba自旋轨道耦合强度的增加加大了隧穿几率和自旋极化率的振荡频率;隧穿几率和自旋极化率的振幅和峰谷比强烈依赖于两铁磁电极中磁化方向的夹角。与铁磁/半导体/铁磁（F/S/F）磁性隧道结中的结果相比,发现垒厚的增加增大了隧穿几率和自旋极化率的峰谷比,自旋极化率的取值明显增大,并具有自旋劈裂和自旋翻转现象出现。     

一维亚铁磁无序混合自旋链的磁特性的Monte Carlo模拟

基于一维自旋链模型,采用Monte Carlo方法模拟研究了具有反铁磁相互作用的自旋S-1和自旋S-3/2混合的亚铁磁系统的磁特性,重点研究了自旋的无序排列对此混合系统磁特性的影响.研究发现,基态时,当自旋S-1和自旋S-3/2交替混合(有序排列)时,系统存在M-H磁化曲线的阶梯效应;而当自旋S-1和自旋S-3/2无序混合时,系统的阶梯效应出现涨落,台阶甚至消失.最后,通过对系统自旋组态和能量的研究,解释了该混合系统中所产生的阶梯效应和相图.     

以铁磁绝缘体和铁磁半导体为势垒层的隧道结中的隧穿时间与自旋极化率

基于Winful的隧穿时间模型,对普通金属/铁磁绝缘体/普通金属(NM/FI/NM)、普通金属/铁磁半导体/普通金属(NM/FS/NM) 2种隧道结中的隧穿时间(居留时间和相位时间)和自旋极化率进行了研究.NM/FI/NM结中隧穿电子的自旋极化源于FI层的自旋过滤效应.而NM/FS/NM结中隧穿电子的自旋极化则源于FS层中磁性和Rashba自旋轨道耦合效应的共同作用.计算结果表明:在NM/FI/NM隧道结中,随着铁磁绝缘体层势垒厚度的增加,自旋极化率变化逐渐增加到趋于饱和并始终保持为正值.与之相应的自旋上下电子的居留时间和相位时间也随着增加,但自旋向下电子的隧穿时间总是大于自旋向上电子.铁磁绝缘体层中分子场的增加会导致自旋极化率逐渐增大并始终为正,相应的自旋向下电子的居留时间和相位时间总是大于自旋向上电子,但自旋向上电子的时间逐渐增加而自旋向下电子则相应减少.铁磁绝缘层势垒高度的变化会导致自旋极化率从负到正的转变.当自旋极化率为负时,相应的自旋向上电子的隧穿时间大于自旋向下电子的隧穿时间.在NM/FS/NM结中,由于Rashba自旋轨道耦合作用,自旋向上电子和自旋向下电子的隧穿时间随铁磁半导体层的厚度、分子场和Rashba耦合系数的变化呈现出周期性振荡变化的趋势.与之相应的自旋极化率从正到负,也呈周期性的振荡变化.但当自旋向下电子的隧穿时间大于自旋向上电子的时候,极化率为负,反之为正;这个结果和NM/FI/NM隧道结中的情况刚好相反.     

光子的旋量波动方程

给出自由和非自由光子的旋量波动方程及光子自旋算符与自旋波函数.通过计算光子的螺旋度,证明存在左旋和右旋光子.由单光子自旋波函数得到两光子或多光子的自旋波函数,并给出多光子的自旋纠缠态.     

贵金属/半导体异质结中的光致自旋电流效应研究

自旋电子材料因能同时对电子的自旋和电荷两个自由度实施操控,在构筑以低功耗、超高速、大容量和超宽带为特征的新一代信息处理技术中展现出巨大的应用潜力.然而,通过掺杂过渡金属元素和稀土离子而形成的传统稀磁半导体和钙钛矿锰氧化物往往因结构缺陷导致的居里温度不高、自旋磁矩和自旋极化率偏低等不足,阻碍了自旋电子材料的商业化应用.近年来,在高纯半导体上沉积贵金属薄膜所形成的贵金属/半导体异质结中,通过使用偏振光激发该类异质结可产生纯自旋电流.这种基于逆自旋霍尔效应(ISHE)、可在室温下运行的、非接触和非破坏型的自旋极化激励方法理论上可获得高于50%自旋极化率,引起了人们的广泛关注.文章主要介绍光致自旋电流形成机制和测试方法,以及入射光圆偏振度、光强、入射角度等参数对光致自旋注入效率的调控机理,介绍杂质介导和声子介导对光致自旋输运的贡献,最后提出增强光致自旋电子极化率的可行方案,可为揭示自旋载流子产生、注入和输运相关的自旋动力学核心科学问题以及研制高性能自旋电子器件提供有益的参考.     

混合自旋无规律键横向伊辛模型的有限集团近似

用有限集团近似（FCA）研究了自旋为－1／2与－3／2的混合自旋向无规键伊辛模型,讨论了相图与其它的临界性质,发现了来自于交换作用起伏的重入现象。     

有限集团近似研究二维和三维晶格横场伊辛模型的热力学性质

本文在有限集团近似的框架内研究了自旋为1/2的二维平方晶格和三维简立方晶格横场伊辛模型的热力学性质,得到了相应的相图,临界温度和临界横场。有限集田近似方法与平均场近似相比,在数学上处理同样简单,但可给出更好的结果。     

铁磁超晶格的热力学性质

本文应用双粒子集团近似和离散路径积分技术相结合的方法，研究了用横向伊辛模型描述的无限铁磁超晶格的热力学性质，讨论了超晶格的临界温度与其几何结构、交换作用强度的关系，得出了自发磁化强度随温度的变化关系。     

横向Ising铁磁性薄膜的临界行为

本文采用相关有效场理论和横向Isjng 横型,讨论了简立方结构铁磁性薄膜的临界温度的厚度效应及其与横场的关系,以及横场临界值与薄膜厚度的关系.     

S=1伊辛模型的有限集团近似

用有限集团近似法（ＦＣＡ）研究了存在晶场的情况或无规键情况下Ｓ＝１横向伊辛模型的特性,数值计算了蜂窝状格子的相图,由有限集团近似得出的结果要比标准的平均场近似得出的效果好。     

三维横向晶场稀疏Ising模型的相变行为及磁化

在有效场理论和切断近似的框架内,研究自旋S=1横向晶场稀疏Ising模型的相变行为和磁化.研究发现晶场稀疏情况下,相图的负晶场方向存在临界温度的峰值,正晶场方向随晶场浓度的降低出现重入现象,高温和低温下的磁化存在许多差异.     

晶场中自旋为1的横向伊辛模型的相图

用平均场近似方法研究了纵场中横向伊辛模型的晶场效应，绘出相图，并计算了纵向磁化、横向磁化和四极柜。     

横向Ising模型性质的理论计算

利用Bethe-Peierls近似,研究了配位数为6(简立方)和4(平面正方)晶格上的横向自旋1／2的Ising模型的磁学性质,在不同横向场参数下,计算了两个系统的自由能、横向和纵向磁化强度、内能和磁比热等物理量,发现横向磁场对系统的物理量有明显影响,并对系统自发磁化有抑制作用．     

STUDIES ON THERMODYNAMICAL PROPERTIES OF RANDOM-BOND ISING MODEL IN A TRANSVERSE FIELD WITH CEA AND DPIR

A effective approximate scheme which is combined by cluster with the discretrzed path-integral representation (DPIR) is used in the study on the random-hand Ising model in a transverse field (RTIM). The critical thennodynamcal properties, such as the critical temperature, the critical, transverse field, the average magnetization, the susceptibility and the special heat etc. , are calculated. And some results have been improved.