自旋轨道耦合与磁场对电子透射率的影响

研究了铁磁体-半导体-铁磁体(F/S/F)准一维系统中电子的透射率.得到如下结论:1) 改变作用在2铁磁体上磁场方向角ρ和θ,电子透射率在满足ρ θ=(2n 1)π时最小,ρ θ=2nπ时最大(其中n=1,2,3,…).2) δ势垒起到了延迟电子共振隧穿峰到来的作用.3) 改变半导体中电子的Rashba自旋轨道耦合常数α会使电子透射产生非周期性共振隧穿现象,并且随着a值的增大相邻共振隧穿峰的间距有增大的趋势.4) 半导体长度的改变虽然不会使相邻共振隧穿峰的间距改变,但会使共振隧穿峰值发生变化.     

杂质对三元准周期超晶格隧穿性质的影响

应用δ函数势模型和散射矩阵方法,研究了势阱中的杂质对三元准周期超晶格电子隧穿性质的影响。结果表明,杂质对三元准周期超晶格的电子共振隧穿谱有明显影响。改变δ势垒高度会引起透射峰的移动;杂质放在势阱中的不同位置,也会使得电子透射率谱发生变化。     

单势垒量子阱中自旋抽运电流的研究

利用密度矩阵方法，我们研究了单势垒量子阱中自旋抽运电流，发现当量子阱中的电子发生自旋电子共振时．自旋抽运电流出现极大值。     

铁磁/半导体/铁磁异质结构的自旋极化输运

采用相干量子输运理论和传递矩阵方法,研究了具有不同自旋指向的极化电子渡越铁磁/半导体/铁磁异质结构的隧穿几率和自旋极化率.研究表明,隧穿几率和自旋极化率随半导体长度的改变发生周期性变化、随Rashba自旋轨道耦合强度的改变发生准周期变化,并且在2铁磁电极中磁矩取向平行时;选择适当的半导体的长度和Rashba自旋轨道耦合强度可以得到较大的自旋极化率.     

双势垒中杂质原子对量子隧穿的影响

采用计算穿越任意势之透射系数的数值计算方法,得到了在双势垒阱区中有正电杂质时电子隧穿的共振能级、波函数、透射系数.通过与无杂质原子的双势垒量子隧穿情形对比,详细讨论了杂质原子对量子隧穿的影响.数值结果显示,体系的有效势是双势垒与杂质原子库仑势的叠加,当电子能量处于叠加势中的本征能级时,发生共振隧穿,对纯束缚态,不可能发生共振隧穿.此外,还给出势阱中有、无杂质两种情形的波形图,通过对比,可以进一步看出杂质原子对共振隧穿的影响.     

铁磁/半导体/铁磁隧道结中的隧穿磁电阻

采用相干量子输运理论和传递矩阵方法研究了具有不同自旋指向的极化电子渡越铁磁/半导体/铁磁隧道结的隧穿几率和隧穿磁电阻。研究表明隧穿几率和隧穿磁电阻随半导体长度的改变发生周期性变化、随Rashba自旋轨道耦合强度的改变发生准周期变化,并且在两铁磁电极中磁矩取向平行时,选择适当的半导体的长度和Rashba自旋轨道耦合强度可以得到较大的隧穿磁电阻。     

GaAs／AlGaAs双势垒结构间接电子隧穿的研究

研究双势垒ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ结构在与时间有关的交变电场的作用下电子间接共振隧穿的几率和隧穿电流密度。采用转移矩阵方法给出电子在不同空间位置的波函数，用微扰的方法求出电子波函数的含时系数，最终给出电子隧穿几率和隧穿电流密度、计算结果表明电子隧穿几率曲线中出现附加的隧穿峰和隧穿峰变低，并且随穿电流密度曲线巾出现附加的隧穿台阶，隧穿峰变低和展宽，这主要是由于外加突变电场与Ｅ±ｎω的电子态耦合，为电子隧穿提供间接的通道和路径、这也是设计双势垒电子隧穿器件不可忽略的、上述方法也可以推广到多量子阶系统。     

单层石墨烯多势垒结构中的输运及能谱特性

利用传递矩阵的方法研究了单层石墨烯中势垒个数N=1、3、5、7、9、11时,等高方形势垒和对称的阶跃势垒结构中电子的隧穿几率和电导.通过周期性势垒中的能带结构对载流子隧穿特性进行分析.结果表明,在多势垒结构中,仍存在Klein隧穿效应.单层石墨烯的隧穿几率和电导依赖于势垒高度、势垒宽度、入射能量和入射角度,还受到势垒形状的影响.能带结构中显示有能级分布的区域表明势垒和势阱间载流子状态匹配,出现隧穿共振,在载流子隧穿谱中对应地体现.相应的在多势垒结构中,可以通过调节势垒结构参数来控制单层石墨烯的电导.     

从对称到非对称双势阱中量子隧穿特性的研究

利用二能级近似通过对对称和非对称双势阱波函数的研究,揭示了基态和激发态量子隧穿随外场变化的规律。对称势阱内的量子隧穿是自发的、活跃的。非对称势阱内,即使附加静电场相当小时波函数就出现了定域,量子隧穿现象完全消失。根据波函数的动态定域特点得到了量子隧穿的动态消失过程。     

双势阱与三势阱玻色-爱因斯坦凝聚体隧穿特性对比研究

采用数值分析的方法,寻找出三势阱凝聚体的隧穿特性.结果表明,可通过改变相对相位使三势阱凝聚体在宏观量子自俘获态与周期运动之间转换;在φ=π时,系统更易进入宏观量子自俘获状态;在自俘获和量子隧穿的过程中发现了共振特征,这些在双势阱中都没有出现.     

铁磁半导体/半导体/铁磁半导体异质结中光子辅助量子输运特性

基于有效质量近似和Floquet理论,考虑自旋-轨道耦合和外场驱动作用下,研究铁磁半导体/半导体/铁磁半导体异质结中的量子输运特性.结果表明自旋-轨道相互作用不仅使自旋发生翻转,而且束缚态能级发生劈裂,从而使电导率中出现两个Fano共振峰.势阱两边的磁化强度以及两边磁化强度之间的夹角对自旋翻转和共振位置具有调制作用.     

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。     

自旋轨道耦合系统中的电流导致的自旋极化

研究了二维Rashba自旋轨道耦合电子系统中的电流导致的自旋极化。对于δ函数形式的短程电子杂质散射,得出了和文献一致的结果。在远处杂质散射下,自旋极化将会强烈地依赖于电子密度,这个结果完全不同于短程势散射的情况。并且随着杂质距离的变大,自旋极化增强。在这种散射势的情况下,不再能够通过测量纵向电导和磁化强度的方法来确定样品的 Rashba 自旋轨道耦合系数。     

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。     

Giant spin Seebeck effect in a non-magnetic material

The spin Seebeck effect is observed when a thermal gradient applied to a spin-polarized material leads to a spatially varying transverse spin current in an adjacent non-spin-polarized material, where it gets converted into a measurable voltage. It has been previously observed with a magnitude of microvolts per kelvin in magnetically ordered materials, ferromagnetic metals, semiconductors and insulators. Here we describe a signal in a non-magnetic semiconductor (InSb) that has the hallmarks of being produced by the spin Seebeck effect, but is three orders of magnitude larger (millivolts per kelvin). We refer to the phenomenon that produces it as the giant spin Seebeck effect. Quantizing magnetic fields spin-polarize conduction electrons in semiconductors by means of Zeeman splitting, which spin-orbit coupling amplifies by a factor of ～25 in InSb. We propose that the giant spin Seebeck effect is mediated by phonon-electron drag, which changes the electrons' momentum and directly modifies the spin-splitting energy through spin-orbit interactions. Owing to the simultaneously strong phonon-electron drag and spin-orbit coupling in InSb, the magnitude of the giant spin Seebeck voltage is comparable to the largest known classical thermopower values.     

Coherent spin manipulation without magnetic fields in strained semiconductors

A consequence of relativity is that in the presence of an electric field, the spin and momentum states of an electron can be coupled; this is known as spin-orbit coupling. Such an interaction opens a pathway to the manipulation of electron spins within non-magnetic semiconductors, in the absence of applied magnetic fields. This interaction has implications for spin-based quantum information processing and spintronics, forming the basis of various device proposals. For example, the concept of spin field-effect transistors is based on spin precession due to the spin-orbit coupling. Most studies, however, focus on non-spin-selective electrical measurements in quantum structures. Here we report the direct measurement of coherent electron spin precession in zero magnetic field as the electrons drift in response to an applied electric field. We use ultrafast optical techniques to spatiotemporally resolve spin dynamics in strained gallium arsenide and indium gallium arsenide epitaxial layers. Unexpectedly, we observe spin splitting in these simple structures arising from strain in the semiconductor films. The observed effect provides a flexible approach for enabling electrical control over electron spins using strain engineering. Moreover, we exploit this strain-induced field to electrically drive spin resonance with Rabi frequencies of up to approximately 30 MHz.     

CdTe:Fe2+中远红外光谱的动态阳-泰勒效应

用一个基于线性阳泰勒效应的理论计算来处理Fe2 离子在CdTe中的远红外光谱;;并且考虑了来自配体Te的自旋轨道耦合对远红外光谱的贡献.计算结果不仅与远红外光谱的实验符合;;还与中子散射数据符合.最近研究中发现的CdTe:Fe2 中配体Te自旋轨道耦合的重要贡献在此得到证实.     

Coupling of spin and orbital motion of electrons in carbon nanotubes

Electrons in atoms possess both spin and orbital degrees of freedom. In non-relativistic quantum mechanics, these are independent, resulting in large degeneracies in atomic spectra. However, relativistic effects couple the spin and orbital motion, leading to the well-known fine structure in their spectra. The electronic states in defect-free carbon nanotubes are widely believed to be four-fold degenerate, owing to independent spin and orbital symmetries, and also to possess electron-hole symmetry. Here we report measurements demonstrating that in clean nanotubes the spin and orbital motion of electrons are coupled, thereby breaking all of these symmetries. This spin-orbit coupling is directly observed as a splitting of the four-fold degeneracy of a single electron in ultra-clean quantum dots. The coupling favours parallel alignment of the orbital and spin magnetic moments for electrons and antiparallel alignment for holes. Our measurements are consistent with recent theories that predict the existence of spin-orbit coupling in curved graphene and describe it as a spin-dependent topological phase in nanotubes. Our findings have important implications for spin-based applications in carbon-based systems, entailing new design principles for the realization of quantum bits (qubits) in nanotubes and providing a mechanism for all-electrical control of spins in nanotubes.     

双势垒异质结构中自旋相关的散粒噪声

利用Landauer-Büttiker散射理论和传递矩阵方法研究了两端具有铁磁接触的双势垒异质结构(F/DB/F)中自旋相关的散粒噪声。计算结果表明:电流和散粒噪声随阱宽的增加发生周期性的振荡,随着垒厚的增加产生了明显的相位差,与自旋向上电子相比,垒厚对自旋向下电子的电流和散粒噪声影响更大。Rashba自旋轨道耦合强度的增加加大了电流和散粒噪声的振荡频率。偏压的增加减小了电流和散粒噪声的振荡频率,增大了电流和散粒噪声的峰谷比和峰值。电流和散粒噪声随自旋轨道耦合强度和偏压的变化强烈依赖于两铁磁电极中磁化方向的夹角。