拉莫尔时间、居留时间和隧穿时间

隧穿现象作为一种基本的量子现象,其隧穿时间一直就是人们争论的重要概念。现行居留时间定义中,使用的几率流密度是粒子的入射流密度,由此得到的隧穿时间会出现一些难以理解的现象,如Hartman效应。通过对拉莫尔时间和居留时间的研究,文章发现将居留时间中入射流密度改为隧穿发生后的稳定流密度,这样得到的隧穿时间会更易于理解,此时也可对拉莫尔时间除以透射率得到相同的隧穿时间。     

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.     

有关电子通过势垒的隧穿时间的研究

基于相位时间和隧穿时间的定义计算了电子穿过方形势垒的相互作用时间，在此基础上设计一个实验尝试研究电子隧穿方形势垒的相互作用时间。     

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.     

铁磁/绝缘体/铁磁异质结中自旋极化电子的隧穿概率和隧穿时间

在群速度概念的基础上,研究了自旋电子隧穿通过铁磁/绝缘体/铁磁异质结中的隧穿概率和隧穿时间.研究结果表明:不同自旋方向的电子其隧穿概率和隧穿时间不仅与绝缘体长度和入射电子能量有关,而且强烈地依赖于两端铁磁层夹角的变化.当两铁磁层中磁矩取向反平行时,不同自旋方向的电子隧穿概率相同;而在两磁矩取向垂直时,不同自旋方向的电子隧穿时间相等.除此之外,不同自旋方向的电子无论是隧穿概率还是隧穿时间都呈明显的分离现象.     

单自旋过滤隧道结中隧穿时间的研究

基于自由电子近似和Winful的隧穿时间模型,研究了铁磁金属/非磁绝缘体/自旋过滤层/普通金属(FM/I/SF/NM)单自旋过滤隧道结中自旋相关的居留时间(Dwell Time)和相位时间(Phase Time).计算结果表明,和传统的FM/I/FM结构不同,由于SF层的作用,在SF层和FM层中分子场处于反平行排列时上下自旋电子的透射率并不相等.在高能区(入射能量大于势垒高度),由于自干涉项影响大大减小,不同自旋方向电子的相位时间和居留时间趋于相同.在低能区(入射能量小于势垒高度),自干涉项影响增大,不同自旋方向电子的相位时间和居留时间会出现差别.其中非磁绝缘层和自旋过滤层的势垒高度,自旋过滤层的宽度以及自旋过滤层中分子场的变化,会导致上自旋电子的相位时间和居留时间出现明显差距.而对于下自旋电子,其相位时间和居留时间的不同,主要由自旋过滤层相应参数的变化决定,非磁绝缘层势垒高度变化的影响较小.     

势垒的非对称性对隧穿几率的影响

在有效质量近似的框架下,应用传递矩阵理论研究了势垒的非对称性对单电子隧穿几率的影响.结果表明：隧穿过程的势垒的形状对隧穿几率影响很大,势垒的对称性破坏的越严重,在低能区域发生共振隧穿的可能性越小.这些可以为设计和制造更加优化的共振隧穿器件提供一定的理论指导.     

一个平面对称黑洞的霍金隧穿辐射

在Anti—de Sitter时空中，采用Parikh的半经典量子隧穿模型，研究了一个平面对称黑洞的霍金隧穿辐射，考虑到自引力作用和能量守恒，得出的隧穿率与Bekensten—Hawking熵有关，且隧穿辐射谱不是纯热谱，并满足么正性理论．     

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。     

广义测不准关系对电子自旋极化输运性质的影响

基于广义测不准关系下的量子理论,研究了电子在FM/FI/FM构成的磁性隧道结中的输运过程中隧穿电导随两铁磁层磁矩与势垒分子场夹角的变化趋势。结果表明广义测不准关系下得到的隧穿电导的值与通常量子理论有很大不同,隧穿磁阻的最小值大于通常量子理论的结果,同时在分子场夹角θ1=0,θ2=π和θ1=π,θ2=0处,隧穿磁阻的值小于通常量子理论的值。     

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。     

石墨烯双势垒结构中的输运特性

利用Landauer-Büttiker散射理论和传递矩阵方法研究了单层石墨烯双势垒结构中的隧穿几率和电导.计算结果表明:即使存在克莱因隧穿效应,单层石墨烯双势垒结构中的量子隧穿仍然与势阱宽度和势垒高度密切相关.隧穿几率和电导表现出复杂的振荡行为,振荡的振幅和周期敏感地依赖于势阱宽度、势垒高度、电子的入射能量和入射角度....     

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。     

一维单势垒结构中的电子隧穿寿命

运用投影格林函数方法(PGF)研究一维单势垒结构中的电子隧穿时间这一古老而基础的问题.将PGF近似方法运用到一维单势垒结构,简单方便的计算了单势垒结构的电子隧穿寿命,讨论了一维单势垒结构中隧穿寿命对势垒厚度以及势阱宽度的依赖关系.     

含整体单极子的Vaidya-de Sitter黑洞的隧穿效应及辐射修正谱

将Parikh-Wilczek的半经典隧穿方法推广到含整体单极子的Vaidya-deSitter黑洞.注意到Hawking辐射是黑洞事件视界附近由于真空涨落而引发的一种量子隧穿,在考虑辐射粒子自引力作用的情况下,计算了粒子的隧穿率及其相应的辐射修正谱,结果满足量子理论的幺正性定理.     

Vaidya-Bonner黑洞的隧穿效应及出射修正谱

 将Parikh-Wilczek的半经典隧穿方法推广到动态Vaidya-Bonner黑洞.注意到Hawking辐射是黑洞事件视界附近由于真空涨落而引发的一种量子隧穿,在考虑辐射粒子自引力作用的情况下,计算了粒子的隧穿率及其相应的出射修正谱,结果满足量子理论的幺正性定理.     

来自柱对称黑洞的量子隧穿辐射

运用隧穿理论,对anti—de Sitter时空下的柱对称黑洞的Hawking辐射进行了研究,得到了在其外视界附近标量粒子和自旋为1／2的费米子的隧穿率和该黑洞视界处的霍金温度,并考虑了在背景时空发生变化和自引力相互作用下对其隧穿率的修正．     

无限周期声子晶体全反射隧穿效应的机理研究

建立了一维无限周期声子晶体的谐振腔模型,利用谐振腔的共振条件推导出全反射隧穿导带频率满足的解析公式,从理论上解释了一维无限周期声子晶体全反射隧穿效应产生的物理机理.利用频率的解析公式对全反射隧穿导带的频率随导带级数、腔厚度以及入射角的变化规律进行了研究,圆满地解释了一维无限周期声子晶体的全反射隧穿效应的变化规律.并且将共振理论的结果与色散法的结果进行比较,其结果完全吻合.     

电子—声子相互作用非对称双势垒共振隧穿的影响

理论研究了非对称双势垒结构中光学声子发射率和光学声子辅助隧穿电流。对A│xGa1-xAs/GaAs/AlyGa1-yAs结构作了数值计算,得到对声子辅助隧穿实验电流峰的一种新的理论上的合理辨认。对宽量子阱理论上只有一个声子辅助峰,且接近阱内LO声子的能量。发现界面光学（IO）声子辅助隧穿是主要的。理论结果能正确解释实验。     

约瑟夫森结中的涡旋动力学特性

利用周期瞬子方法从理论上研究了环状偏流约瑟夫森结中的单个涡旋隧穿特性.将涡旋在约瑟夫森结中的运动简化为一个粒子在特定势阱中的运动,由于涡旋可以从阱中逃逸,这就使得涡旋在阱中的能态是不稳定的.理论上指出,正是由于涡旋的隧穿,使得涡旋所处的能态是亚稳态,该能态是一个复数,其虚部正比于能态的衰变率.通过理论计算得出:在温度较高的情况下,涡旋进行的是热隧穿,在低温条件下,涡旋的逃逸只能通过量子隧穿的方式.还指出过程中系统随着温度的降低,通过二阶转变过程从热隧穿过渡到了量子隧穿.