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一维量子波导中Rashba电子输运研究

  一维量子中的Rashba电子传输

  在半导体中实现自旋极化电流是近年来固态物理研究中的一个热点问题。近日,中国科学“EurekAlert中文版”在中国科学院出版的“中国科学院半导体研究所研究员夏建白博士领导的科学”系列丛书G:物理力学,天文学2009研究成果。刘端阳夏建白张亚忠本文提出了一维Rashba电子传输的一般理论和线型自旋过滤装置的思想,并获得了一系列可用于控制自旋和自旋流动强度的装置(Theoretical模型)和方法。该团队还进行了多种输入输出闭环,如环(AB环),方环,双环方环Rashba电子传递跟踪研究,并与实验进行比较,结果将发表在J. Appl。物理学。电子自旋是一种固有的属性,不管电子的运动如何。目前几乎所有的电子器件都是利用电荷运动,电流来设计的,随着科学技术的发展,越来越多的科学家希望能够设计一种基于电子自旋效应的器件,形成一个特殊的学科:由于半导体中自旋 - 轨道耦合强烈,自旋 - 拉什(Rashba)自旋分裂可以在施加的电场或内部电场下发生,以控制通过场的电子的自旋取向;并且电子的自旋极化更容易电子通过铁磁或稀磁半导体,因此,半导体自旋电子器件的三个重要问题是自旋极化电流注入,半导体自旋控制和自旋测量,Datta提出的自旋场晶体管是该领域的代表性概念器件提出了有关自旋电子学器件的新的实验问题和理论近二十年来,已成为自旋电子学发展的动力。夏剑白队与台湾“中央研究院”张亚中教授就一维自旋装置平面上提出了Rashba弹道电子结构的输运理论,根据这个理论,能量E的电子波将分裂成波的旋转角度和波导分别为+π/ 2和-π/ 2的两种不同波矢的波形,而不是自旋的情况,Rashba电子波函数的相位与波导的方位角θ有关在波导的每个分支的节点处,通过波函数的连续性和流密度的守恒来获得Rashba电子波函数所需的边界条件,利用这些边界条件,研究传输和Rashba电子在某些结构中的反射特性,结果表明,在Rashba 10 nm电子器件的可忽略散射中,没有反射的自旋流动转向亏损。极化电子的自旋可以完全由器件中的Rashba效应强度调制,出射波的强度也可以通过栅极长度来调制。这些结果表明,如果器件能够实现,就能很好地控制半导体的自旋。没有反射的基于弹道的转向可以提供更便利的方式来实现更低成本的旋转装置。此外,研究人员还提出了一种更为系统的一维Rashba电子传输理论,在多支路结构中可以支持多支路多节点系统的计算。在此基础上,重新计算了一些系统中电子的反射和透射特性,并计算了一些不便于直接应用传输矩阵方法的器件。所有的结果都与前一节的结果一致。本研究由国家重大科学研究计划和国家自然科学创新基金资助,提出了一维Rashba电子传输的一般理论和多折线型自旋滤波器装置的思想,可以用来操纵自旋和自旋流强度器件和方法的一系列算法,希望能为未来自旋电子器件的设计提供理论支持。 (来源:半导体研究所)

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