铁磁金属/绝缘体/铁磁半导体/普通金属 (FM/I/FS/NM)磁性隧道结中的隧穿磁电阻效应

在已有的单自旋过滤磁性隧道结铁磁金属/绝缘体/铁磁绝缘体/普通金属(FM/I/FI/NM)研究的基础上,将其中的铁磁绝缘层(FI)换为铁磁半导体层(FS),研究了铁磁金属/绝缘体/铁磁半导体/普通金属(FM/I/FS/NM)磁性隧道结中的隧穿磁电阻(TMR)现象.结果表明:由于FS层中的自旋过滤效应和Rashba自旋轨道耦合的影响,FM/I/FS/NM结可以在FS层厚度较大的情况下获得非常大的TMR值,从而避免已有的FM/I/FI/NM单自旋过滤结(FI表示铁磁绝缘层)中TMR随FI层厚度增加而下降所导致FI层不能做的太厚带来的制备上的困难.同时,计算结果还显示,FM/I/FS/NM结的TMR随铁磁半导体层FS的厚度,FS层中的Rashba自旋轨道耦合强度和分子场的变化呈振荡变化,随绝缘层I厚度的增加呈饱和趋势.     

NM/FI/NI/FI/NM新型双自旋过滤隧道结的隧穿磁电阻

在NM/FI/FI/NM型双自旋过滤隧道结(NM为非磁金属,FI和后面的NI分别为铁磁和非磁绝缘体或半导体)的基础上,提出一种NM/FI/NI/FI/NM新型双自旋过滤隧道结.基于自由电子近似并利用转移矩阵方法,对NM/FI/NI/FI/NM新型双自旋过滤隧道结在不同偏压下的隧穿磁电阻TMR与FI层厚度及NI层厚度的关系做了理论研究.计算结果表明,在NM/FI/NI/FI/NM型双自旋过滤隧道结中仍可以得到很大的TMR值.     

铁磁/半导体/铁磁异质结中的自旋输运

在群速率概念的基础上,讨论了自旋极化电子的隧穿系数和渡越时间与半导体层厚度、Rashba自旋轨道耦合强度以及两磁性铁磁体中磁矩夹角之间的关系。结果表明:不同自旋取向的电子在隧穿铁磁/半导体/铁磁三明治异质结过程中,隧穿系数表现出振荡特性,而渡越时间则表现出明显的分离特性。     

NM/FS1/FS2/NM结的隧穿电导和隧穿磁电阻

利用平均场近似和转移矩阵方法,对NM/FS1/FS2/NM结(NM为非磁金属,FS1和FS2为铁磁半导体层)的隧穿磁电阻(TMR)与FS层厚度及Rashba自旋轨道耦合的关系进行了研究.结果表明NM/FS1/FS2/NM结中TMR值随半导体层厚度的改变发生周期性变化,选择适当的半导体层的厚度和Rashba自旋轨道耦合系数可以得到大的TMR值.     

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。     

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.     

具有有限铁磁层厚度的磁性双隧道结中的隧穿电导和磁电阻

在FM／I／NM／I／FM磁性双隧道结研究的基础上，进一步考虑了外加有限厚的非磁金属(NM)覆盖层的情况，这时磁性双隧道结的结构变为NM／FM／I／NM/I／FM／NM。此处，FM、I和内NM都具有有限厚度。而在理论处理中，外NM被看做是无限厚的，对FM厚度于磁性双隧道结中自旋极化电子输运性质(特别是隧穿磁电阻)的影响做了研究。用Slonczewski近自由电子模型所得到的计算结果表明，附厚度的变化会引起隧穿电阻和隧穿磁电阻振荡；当FM厚度取适当值时，会得到比FM/I／NM／I／FM更大的隧穿磁电阻。     

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。     

磁性隧道结中自旋相关输运的势垒影响

为了研究势垒对铁磁/绝缘层/半导体/绝缘层/铁磁(FM/I/SM/I/FM)双隧道结中自旋相关电子输运特性的影响,提出了在半导体层厚度合适的情况下,非对称势垒对于提高平行结构磁性双隧道结的自旋注入效率SIE(spin injection efficiency)更具优势.数值计算结果表明,当两势垒强度的比率达到合适数值时双结的SIE和隧穿磁电阻TMR(tunneling magnetore resistance)都将达到最大,这给提高从铁磁到半导体的SIE带来新选择.研究还表明,非对称势垒结构磁性隧道结中增大铁磁交换能对提高SIE和TMR都是有益的,而且铁磁交换能的增加对SIE的提高要比对TMR的提高更显著.     

FM/I/FM隧道结中的隧穿时间

在相位时间定义的基础上,研究了铁磁金属-绝缘体-铁磁金属一维磁性隧道单结的隧穿时间随两铁磁层磁矩之间夹角,势垒宽度和电子入射能量的变化.研究结果表明隧穿时间随电子的入射能的增大而减小,在低能区隧穿时间随入射能的增加呈指数减小,而在高能区减小的趋势变缓和;两铁磁层磁化强度方向呈平行排列和反平行排列时的隧穿时间的差值在低能区随入射能的增加呈指数增加,但在高能区趋于零.另外隧穿时间随着势垒宽度的增加而呈线性增长.     

磁性隧道结自旋极化电子隧穿的温度特性

基于自由电子模型,研究了铁磁金属／绝缘体（半导体）／铁磁金属（ＦＭ／Ｉ（Ｓ）／ＦＭ）隧道结自旋极化电子隧穿的温度特性。从结论可以定性地解释有关的实验现象。     

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.     

双量子阱中有自旋轨道耦合的场助电子共振隧穿

研究在自旋轨道耦合和周期振动场的作用下,电子隧穿双量子阱结构的透射系数和自旋极化率．通过数值计算发现：隧穿后电子的自旋简并消除,得到与自旋相关的共振峰．电子隧穿宽势阱时出现对称的Breit-Wigner共振峰,而隧穿窄势阱时出现不对称的Fano共振峰．研究也发现通过调节入射能量和中间势垒的宽度,可以改变共振峰的振幅和位置．利用这个原理可以设计可调的自旋过滤器,实现对自旋的调控．     

磁性隧道结自旋极化电子隧穿的温度特性

基于自由电子模型,我们研究了铁磁金属／绝缘体（半导体）／铁磁金属隧道结自旋极化电子隧穿的温度特性。从我们的结论可以定性地解释有关的实验现象。     

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.     

Rashba自旋轨道耦合对电子自旋磁化率的影响

研究了哈伯德强关联系统中,Rashba自旋轨道耦合(R-SOC)对二维正方晶格的自旋磁化率的影响.在线性响应理论中,自旋磁化率可以表示为推迟格林函数.对它所遵守的运动方程做哈特利-福克近似(HFA)和无规位相近似(RPA),再通过数值求解可得自旋磁化率.结果表明:没有R-SOC的静态磁化率Reχ(q,ω=0)随着库伦排斥势U的增大而增大,随温度T的增大而减小,库伦排斥势和温度对动态磁化率Reχ(q,ω=0)也有相似的影响.在加入R-SOC后,自旋轨道耦合的自旋磁化率实部在q=0附近形成了平底,而且平底宽度随V_SO的增加而增大.同时自旋磁化率的虚部在平底边沿上呈现剧烈起伏.该效应可作为材料的自旋轨道耦合的显著标志.     

含磁性非磁性金属插入层磁隧道结的隧穿特性研究

讨论了一种新型FM1/NM/FM/I/FM2磁性隧道结,该隧道结结构可获得高质量的I层,从而具有重要的应用价值.利用Slonezewski的自由电子模型和转移矩阵方法,对这种隧道结中的隧穿电导(TC)和隧穿磁电阻(TMR)与NM、FM层的厚度以及和势垒高度的关系进行了研究.同时还通过和FM1/NM/I/FM2型隧道结的相应结果的比较讨论了FM层在FM1/NM/FM/I/FM2磁性隧道结中的作用.     

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.     

四终端铁磁/半导体/铁磁异质结的自旋输运性质

提出了含有δ势垒的四终端铁磁/半导体/铁磁异质结模型,研究了该模型透射概率的性质.结果表明:透射概率随半导体长度的增加产生周期性振荡,且与δ势垒强度及电子的自旋方向相关,Rashba自旋轨道耦合强度、外磁场对透射概率均有影响.     

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.