具有自旋-轨道耦合作用的二维介观电子气中的自旋累积效应研究

建立了在含自旋-轨道耦合相互作用的二维介观多端格子模型中求解散射波函数，进而在Landauer-Buttiker框架中得到计算多端的电导和自旋电导，以及任意非平衡局域物理量（如电流驱动之下的非平衡自旋累积）的一般方法．作为散射波函数法的一个直接应用，我们研究了具有Rashba型自旋-轨道耦合的二维电子气的二端结构，在给定电流密度条件下，我们得到线性输运区的非平衡自旋累积效应的结果，发现与其它的理论结果和最近的实验结果是定性一致的．     

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.     

自旋轨道耦合二维费米气体的热力学性质

应用平均场理论研究自旋轨道耦合和塞曼场共同作用下二维费米气体的热力学性质.通过求解能隙方程和粒子数方程,讨论了自旋轨道耦合和塞曼场对系统的等温压缩系数、压强、超流序参和热力学熵的影响,发现了不同于三维系统的新性质.研究表明:在自旋轨道耦合和塞曼场共同作用下,玻色-爱因斯坦凝聚(Bose-Einstein condensate, BEC)极限区域的等温压缩系数和压强基本不随相互作用变化,这与三维系统中等温压缩系数和压强在BEC极限区域随相互作用强度线性改变明显不同;在BCS(Bardeen, Cooper and Schrieffer)极限下,等温压缩系数和压强敏感地依赖于体系的自旋轨道耦合强度和塞曼场强度.在合适的参数区域,等温压缩系数、压强、超流序参数和热力学熵随自旋轨道耦合和塞曼场强度非单调的变化行为;在有限温度下,热力学熵随自旋轨道耦合和塞曼场的改变在正常相和超流相表现出完全相反的变化规律.     

二维过渡金属硫化物中Rashba自旋轨道耦合效应的电场调控研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对6种二维过渡金属硫化物MX_2(M=Mo,W;X=S,Se,Te)中的Rashba自旋轨道耦合效应进行了系统研究.对6种MX_2材料施加垂直方向电场,发现阴离子X对于电场诱导的Rashba自旋轨道耦合效应起主要作用:X原子序数越大,电场诱导的Rashba劈裂也越大;阳离子M被阴离子X覆盖,对电场诱导的Rashba自旋劈裂影响较弱.因此,6种MX_2单层的Rashba自旋劈裂大小依次为:WTe_2>MoTe_2>WSe_2>MoSe_2>WS_2>MoS_2.施加电场后,从布里渊区中心Γ点到布里渊区边界K/K′点,自旋方向二维平面内转向垂直方向,并且随着电场的增加,面内自旋成分逐渐增加.     

二维双原子正方晶格振动的色散关系

利用晶格动力学理论推导了二维双原子正方晶格振动的色散关系表达式,得到第一布里渊区中沿Γ-X、Γ-M和X-M 3种对称方向的声子色散曲线,每一对称方向有四支格波,即两支声学波和两支光学波.讨论了原子质量和次近邻原子间作用对色散关系的影响,结果表明:当两原子质量相等时,3个对称方向的声学波与光学波间无频隙;当两原子质量不等时,声学波与光学波间出现频隙.计及次近邻原子间作用,对Γ点声子频率的大小和简并不影响,两声学模频率为零、两光学模频率简并;对X点声子频率的简并也无影响,但相应频率增大;使M点声子频率的简并度降低,高频声学和光学声子的频率增大,而低频声学和光学声子的频率不变;沿Γ-X方向四支格波仍是非简并的,对应的频率增大,但都表现出色散性;沿Γ-M和X-M方向简并格波的简并度消失,除Γ-M方向低频声学支和光学支频率不变之外,其他格波声子的频率都增大,并且四支格波都表现出色散性.     

自旋-声子耦合对正方晶格自旋-1/2反铁磁体的影响

在准自旋波理论框架内,应用正则变换方法讨论了有限温度下自旋－声子耦合相互作用对正方晶格自旋－１／２海森堡反铁磁体的影响．计算了系统的自旋－自旋关联函数．采用非绝热近似方法处理自旋－声子耦合相互作用．结果表明,通常的绝热近似处理方法所得的结果仅是此处结果的一种极限（ωｐｈ→０）情况．自旋－声子耦合相互作用可以削弱系统的拓扑长程序．在强自旋－声子耦合相互作用系统中可以建立某种量子自旋液体相     

二维正方晶格函数光子晶体带隙结构研究

采用平面波展开法研究二维正方晶格函数光子晶体,分别计算TE波和TM波的带结构。二维正方晶格函数光子晶体介质柱折射率是空间坐标函数,而不是定值(二维正方晶格常规光子晶体)。二维正方晶格函数光子晶体可通过Kerr效应或电光效应来制备,可调节性灵活。本文研究了函数系数k对二维正方晶格函数光子晶体带结构的影响。在TE波情况下,函数系数k增加时,带隙数目变多且带宽变宽。与二维常规光子晶体比较,函数光子晶体有较宽的带隙结构,这将为光学器件的设计提供新的理论依据和重要的设计方法。     

一维光学晶格中自旋轨道耦合的超冷费米气体

利用密度重整化群方法研究了自旋轨道耦合与Zeeman场同时存在时一维光学晶格中超冷费米气体的相变。研究发现,当只考虑Zeeman场时,Zeeman场的引入会使系统原有的超流态发生极化,而原有的绝缘态却不会发生极化。当只考虑自旋轨道耦合时,自旋轨道耦合的引入会使系统原有的绝缘态发生相变,使绝缘态变为超流态,而原有的超流态却不会发生相变。当两者同时存在时,自旋轨道耦合会压缩FFLO态并扩张超流态,而且会改变极化率。     

二维三角晶格上Gauss自旋模型的临界温度

利用傅立叶变换的方法,精确求解了二维三角晶格上的Gauss自旋模型,得到了系统的临界点(温度)．结果表明：与简单二维和三维晶格上的结果相比较,此晶格的临界点除了与空间维数有关外,还与晶格格点的配位数有关。     

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。     

计及次近邻作用二维单原子正方晶格振动的色散关系

基于晶格动力学理论推导了计及次近邻原子作用下二维单原子正方晶格振动的色散关系,得到第一布里渊区中3种特殊对称方向的色散关系表达式,每一对称方向仅有两支声学波．分析讨论次近邻原子间作用对色散关系的影响,结果表明：在缺乏次近邻原子作用下Г-X方向横波频率为零,X-M方向高频声学波是无色散的,Г-M方向纵波与横波简并;随着次近邻原子间作用的增强,Px和X-M方向声子频率增大,Г-M方向纵波频率也增大,并且当4γ2〉γ1时纵波频率出现极大值,而其横波频率不变,但是11点和M点声子频率始终不变并分别简并．     

光晶格中三维自旋-轨道耦合费米气体的热力学性质

应用平均场理论研究了立方光晶格中三维自旋-轨道耦合费米气体的热力学性质。通过求解能隙方程和粒子数方程,讨论了自旋-轨道耦合对超流序参数、超流转变温度、等温压缩系数和热力学熵的影响,发现了不同于连续系统的反常行为。当平均占据数接近半满填充时,自旋-轨道耦合会抑制超流的形成,导致超流转变温度降低、等温压缩系数减小、热力学熵增大。这与在连续系统中自旋-轨道耦合总是促进超流的形成,导致超流转变温度升高、等温压缩系数增大、热力学熵减小的结论有明显不同。研究还发现在BCS(Bardeen-Cooper-Schrieffer)极限情况下,等温压缩系数跟态密度成正比,因而可通过测量等温压缩系数作为系统是否发生Mott绝缘相变的一个判据。此外,还发现在正常相熵随自旋-轨道耦合强度的变化规律跟超流相正好相反。     

正方空气柱结构二维三角晶格光子晶体及其禁带特征

基于平面波展开法比较研究了空气圆柱三角晶格光子晶体和正方介质柱三角晶格光子晶体的禁带特征,提出了正方空气柱三角晶格光子晶体结构,并分析了相对介电常数对其禁带宽度的影响.结果表明:空气圆柱三角晶格光子晶体要比由同种介质材料构成的正方介质柱三角晶格光子晶体的完全禁带要大得多;对于正方空气柱三角晶格光子晶体,当相对介电常数εr>12.0时将出现双禁带,且当εr=19.0时两条禁带均达到最大值.     

自旋轨道耦合驱动下二维质量不相等费米气体的拓扑相

用平均场理论研究了二维质量不相等费米气系统的零温特性,该系统具有equal-Rashba-Dresselhaus(ERD)型自旋轨道耦合作用和Zeeman场。在该系统中存在三种不同的超流相(US-0相、US-1相、US-2相),我们通过数值分析能隙方程和粒子数方程组成的自洽方程组,发现二维费米气系统的质量相差越大,Zeeman场对超流序参量Δ的抑制作用就会越强。在弱吸引相互作用区域,随着自旋轨道耦合强度的增加,US-2拓扑超流相会逐渐收缩。自旋轨道耦合强度一定情况下,质量比0λ≤1时,只有在弱吸引相互作用区域存在US-2拓扑超流相;当质量比λ1时,在弱相互作用区域和强相互作用区域都存在US-2拓扑超流相。     

介观环中有Dresselhause自旋-轨道耦合效应的持续自旋流

在介观半导体环中,自旋-轨道耦合的存在直接影响持续自旋流的流动.作为自旋分裂的结果,持续自旋流并不与电荷流成一定的比例.我们研究有Dresselhaus自旋-轨道相互作用存在的介观半导体环中持续自旋流的性质.     

杂质散射对具有Rashba自旋轨道耦合2维电子系统的自旋霍耳效应影响

在具有Rashba自旋轨道耦合的2维电子系统中,外加电场会产生一个垂直于电场的自旋霍耳电流,这个效应称之为自旋霍耳效应.该文主要分析的是在考虑杂质散射的情况下,通过对具有Rashba自旋轨道耦合的2维电子系统的哈密顿量的求解,得到它在z方向的自旋分量是收敛的,同时得到了自旋霍耳电导率不普适.这不同于S inova等人所提出的在具有Rashba自旋轨道耦合的2维电子系统自旋霍耳电导率是普适的结论.     

Rashba自旋轨道耦合效应对散粒噪声的影响

计算了自旋电子隧穿铁磁/半导体/铁磁异质结的隧穿系数.根据Landauer-Büttier公式及其理论框架,计算了零温时的散粒噪声和电导,对散粒噪声和电导的函数曲线进行了对比分析,讨论了它们和Rashba自旋轨道耦合效应及量子尺寸效应的关系.     

二维耦合映象晶格的时空混沌和控制

用解析和数值方法讨论了由满迭代Ｌｏｇｉｓｔｉｃ映象耦合而成的二维映象晶格的时空混沌和混沌控制方法。     

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.     

一维光学晶格中自旋-轨道耦合的超冷偶极费米气体的相图

利用两束蓝失谐的激光构建了一维光学晶格中自旋-轨道耦合的超冷偶极费米气体,并运用密度矩阵重整化群算法研究了该系统的基态特性。在短程和偶极长程相互作用的共同影响下,系统存在丰富的量子相。通过计算纠缠谱、粒子数密度分布和自旋关联函数,发现系统存在四个量子相:相分离相、电荷密度波相、反铁磁莫特绝缘体和非平庸的拓扑绝缘体。