三终端量子点环中的自旋极化输运

利用非平衡态格林函数方法,研究了一个存在局域Rashba自旋轨道耦合作用的三电极量子点环结构中的电子输运性质.结果发现,Rashba自旋轨道耦合作用引起的自旋相关的量子干涉效应能够在电极中产生自旋流.这种自旋流的大小、方向以及自旋极化度等性质可以通过纯电学手段改变系统参数来加以调控.在适当选择这些参数时,电极中甚至可以产生完全自旋极化流或纯自旋流.这些效应说明我们所研究的系统可用来设计纯电学的自旋流产生装置.     

基于系综金刚石氮空位的色心量子调控系统设计

为了实现量子的自旋调控和精密测量,将金刚石作为自旋载体材料,设计了基于系综金刚石氮空位(nitrogen-vacancy,NV)色心量子调控系统。通过利用金刚石独特的自旋三重态容易被初始化、操控和读出,基于Lab VIEW软件,设计编写了脉冲序列发生模块并搭建了共聚焦系统,调控了系综NV色心的自旋量子态。结果表明:该系统可以调控系综NV色心的自旋量子态;实现了NV色心拉比振荡实验的测量;拉比振荡周期为100 ns。可见该系统结构设计简单,为下一步延长退相干时间,提高系统灵敏度打下基础。     

海森堡亚铁磁自旋链的基态性质——自洽自旋波分析

利用自洽的自旋波方法解析地研究了由两种不同的自旋所构成的海森堡亚铁磁 (ferri magnetic)自旋链的基态性质 ,并得到了该系统的两支激发谱 .在平均场近似下 ,给出了两种自旋z轴分量基态的平均值 .在低温时 ,系统的比热随温度的变化规律为T12 .这些结果同量子蒙特卡罗(QMC)和Schwinger玻色子平均场理论所得结果相一致 .     

双核自旋交叉化合物的合成、穆斯堡尔谱和磁性研究

自旋交叉化合物的电子构型双稳性使其在分子传感器、信息存储器件等方面具有可观的应用前景.合成了一个在高温区发生自旋交叉转变的双核化合物并对其进行表征.173K的单晶结构解析显示该化合物的所有FeⅡ离子都处于低自旋态.FeⅡ离子通过与三氰基甲烷阴离子配体桥连,形成双核结构.常温穆斯堡尔谱显示该化合物含有2个独立的低自旋FeⅡ组分.变温磁化率测试表明,大约50%的该化合物分子在高温区(286~390K)发生从低自旋态到高自旋态的转变.该结果表明使用具有较强配体场的桥连配体可有效诱导自旋交叉行为.     

复相多铁材料中电场调控自旋的翻转

电场调控的自旋翻转因在低能耗高密度的新型存储器件中有巨大的应用潜力而受到人们的广泛关注.在复相多铁材料中,利用磁电耦合效应有可能实现电场调控自旋的翻转.我们在CoPt/PMN-PT异质结中,利用电场调控矫顽力的变化,实现了电场调控自旋的翻转.在铁磁形状记忆合金Mn-Ni-Sn与0.7Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.3PbTiO3组成的复合材料中,通过电场调控交换偏置场的变化,无需偏置磁场就可以实现电场调控自旋的翻转.     

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.     

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.     

体心立方双层铁磁性薄膜中的自旋波能谱分析

采用界面重参数化方法,研究了体心立方结构的铁磁性材料,在界面为铁磁性耦合情况下,两层薄膜中自旋波的本征模、能带结构、色散关系.同时,重点讨论横向(平行于界面方向)自旋波对纵向(垂直于界面方向)自旋波的影响,与简立方结构的结论作了比较,结果发现:结构的变化在很大程度上影响了各种模的性质.     

基于玻色约瑟夫森结的自旋压缩的相干控制

提出了利用人造原子-基于约瑟夫森结的超导量子比特产生自旋压缩的电路模型,给出了系统的有效哈密顿量.在海森堡绘景下,利用冷冻自旋近似方法得到近似解析解,进而分析了系统自旋压缩效应的调控方法.研究表明,通过调节系统粒子数或者耦合强度与有效非线性相互作用强度的比例,均可有效地调控系统的自旋压缩程度和处于自旋压缩态的时间.外场越弱,粒子数越多,系统的自旋压缩程度越强,处于自旋压缩态的时间越长.     

自旋相干态法研究自旋轨道耦合BEC系统的基态性质

文章采用自旋相干态的方法研究自旋轨道耦合玻色爱因斯坦凝聚(BEC)系统的基态性质,在自旋相干态表象下把系统的哈密顿量对角化,由变分法求出系统的基态能谱、原子布居数和光子数,从而得到系统的量子相变,与Holstein-Primakoff方法所得的结果一致.     

正交电场作用型自旋场效应管的自旋极化控制

研究了电场调控型自旋场效应管的量子输运过程.该场效应管主要由双正交电场和Rashba自旋轨道耦合共同调制.运用散射矩阵方法并结合介观体系的相关输运理论,揭示了自旋场效应管在各参数调控下的自旋量子输运过程,其自旋输运规律可由相关理论给予解释.数值计算表明,与平行电场相比,对于自旋轨道耦合型自旋场效应管的量子输运,垂直电场的调制能够导致更加明显的自旋翻转.     

2003年度国家自然科学基金拟受理的重点项目:跨科学部重点项目

(1)细胞力学行为及其相关生物大分子作用规律的研究(与生命科学部交叉,由数理学部受理) (2)新型氧化物功能材料中电荷、自旋和轨道自由度的耦合与关联效应(与工程与材料科学部交叉,由数理科学部受理) (3)半导体自旋电子学的物理基础(与信息科学部交叉,由数理科学部受理)     

四端介观量子网络中电子自旋的相干输运性质

采用解线性方程组的方法,研究了存在磁通时,四端介观量子网络中电子自旋的相干输运性质。该四端网络由具有Rashba自旋-轨道耦合互作用的量子线构成,数值计算了自旋电导对约化磁通和自旋-轨道耦合强度的依赖关系。计算结果表明:该网络中的自旋相干输运性质由约化磁通和Rashba自旋-轨道耦合之间的相互作用共同决定。这种结构中,一些端可以作为栅极控制其他端的自旋流,该四端多通道网络结构为调控电子自旋的相干输运提供了更多的选择。     

气相中Zr活化CH_4分子C—H键的理论研究

采用密度泛函理论和高级电子相关耦合簇方法,在CCSD/6-311++G(3df,3pd)//B3LYP/6-311++G(3df,3pd)理论水平下,研究了两个自旋态下的Zr原子活化CH4分子中C—H键逐个夺取H原子的微观反应机理.通过计算,讨论了势能面交叉和可能的自旋翻转过程.用Harvey等的方法优化出最低能量交叉点(MECP),并计算了MECP处相应的自旋-轨道耦合常数(SOC),进一步讨论了Zr与CH4的反应中不同势能面之间的"系间窜越"(ISC)的可能性.     

自旋交叉化合物Fe（tpa）（NCS）2的合成效应和时间效应

在合成Ｆｅ（ｔｐａ）（ＮＣＳ）２化合物的过程中，选择不同溶剂对化合物进行重结晶得到的产物，化合物在没有发生成分变化的情况下，却表现出不同的自旋交叉性质和奇特的合成效应（ｐｒｅｐｅｒａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ）而具有良好自旋交叉性质的高纯化合物在搁置一段时间后，即使在氩气保护下，也对低温下剩余的高自旋相的含量和化合物Ｄｅｂｙｅ因子的大小产生重大影响。     

基于系综金刚石氮空位色心量子调控系统设计

为了实现量子的自旋调控和精密测量,将金刚石作为自旋载体材料,设计了基于系综金刚石氮空位（Nitrogen-vacancy, NV）色心量子调控系统。通过利用金刚石独特的自旋三重态容易被初始化,操控和读出,基于LabVIEW软件,设计编写了脉冲序列发生模块并搭建了共聚焦系统,调控了系综NV色心的自旋量子态。结果表明：该系统可以调控系综NV色心的自旋量子态;实现了NV色心拉比振荡实验的测量;拉比振荡周期为100ns。可见该系统结构设计简单,为下一步延长退相干时间,提高系统灵敏度打下基础。     

自旋轨道耦合BEC系统中类Dicke模型的相变

本文研究了自旋轨道耦合玻色爱因斯坦凝聚(BEC)系统的基态性质,并把它映射为量子光学中我们所熟悉的Dicke模型(N个二能级原子与光场的相互作用).采用自旋相干态的方法得出系统的基态能量、光子数和自旋极化随拉曼耦合强度的变化关系,从而探测了系统超辐射相和正常相之间的量子相变.     

人造双原子分子的自旋极化电子输运

利用非平衡格林函数方法研究了Aharonov-Bohm环中人造双原子分子的自旋极化电子输运性质.计算了量子点中自旋相关的占有数、自旋积累以及系统总电导和自旋极化率.发现两电极之间的耦合强度以及量子点之间的耦合强度对系统自旋相关输运性质以及总的电导有重要影响.     

双-(0，0′-二正丁基二硫代磷酸酯)合镍(Ⅱ)与氮碱加合反应的研究

本文报道了 Ni[(C_4H_9O)_2PS_2]_2与氮碱的加合反应,用光谱法测定了苯溶液中加合反应的平衡常数,在31℃时吡啶加合物的 K_1=33.1,β_2=7.94×10~3,联吡啶加合物的 K=2.51×10~6,用热重分析和 NMR 方法研究了加合物的热分解性质、磁性质和自旋密度分布.当 d~8低自旋的标题化合物与吡啶和正丁胺反应生成 d~8高自旋的加合物时,观察到了顺磁效应,未成对自旋密度离域到吡啶环和正丁胺上,导致各类质子共振向低场位移.未成对电子自旋密度通过σ键体系从 Ni(Ⅱ)离域到配体上.     

自旋交叉复合体的动力学理论分析

用伊辛模型描述的随机耦合动力系统的哈密顿量去描述自旋交叉体平衡态的性质,适当选择了微观动力学进行分析。这个模型在平均场方法中的使用,支持了已有的动力学方程。