自旋-轨道耦合调制下磁纳米结构中电子自旋极化效应

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半导体自旋电子学是新发展起来的一门交叉学科，其研究的主要内容是控制半导体材料中电子的自旋属性，并且运用它的性质制作与开发新一代自旋电子器件。与现行电子器件相比，自旋电子器件由于利用了自旋而拥有许多优点，比如：数据处理速度更快、存储容量更大、集成度更高和功率损耗更低。但是，自旋电子器件工作的前提条件是制作它的材料—半导体中的电子必须是自旋极化的，然而，半导体材料中电子的自旋态通常是简并的，所以，如何使半导体材料中电子产生自旋极化及其有效调控，不仅是自旋电子学应用迫切需要解决的一个基本问题，而且已经导致了半导体自旋电子学领域中的一个重要研究方向。
　　本硕士论文选取两种典型的磁纳米结构（磁垒纳米结构、复合磁电垒纳米结构）作为研究对象，采用理论分析与数值计算相结合的方法，研究磁纳米结构中内禀的自旋-轨道耦合（简称SOC，包括Rashba型和Dresselhaus型）对电子自旋极化效应的调控，为自旋电子学的应用设计与开发可控的自旋极化源—自旋过滤器。全文共五章。第一章是绪论，简单介绍了自旋电子学，磁纳米结构及其自旋极化效应的研究进展，以及本硕士论文的主要研究内容。
　　第二章主要介绍本硕士论文的主要研究方法，包括改进的转移矩阵法（简称ITM方法）和Landauer-Büttiker超微结构电导理论（简称LB理论）。
　　第三章以δ-函数形磁垒为例，探讨了SOC调制下磁垒纳米结构中电子的自旋极化效应。实验上，该纳米结构可以通过在半导体InAs异质结上、下表面平行地沉积两个具有水平磁化强度的纳米铁磁条带形成。电子的透射系数、电导与自旋极化被解析地计算。结果表明，可利用改变Rashba型和/或Dresselhaus型SOC强度的方法，控制磁垒型磁纳米结构中电子自旋极化的行为。所以，磁垒纳米结构可以被制作成SOC-可调的电子自旋过滤器。
　　第四章则以δ-函数形磁垒和方形电垒为例，探讨了复合磁电垒纳米结构中Rashba型和Dresselhaus型SOC对系统中电子自旋极化行为的影响。该复合磁电垒纳米结构在实验上可以通过在半导体InAs异质结表面上平行地沉积一个具有水平磁化强度的纳米铁磁条与一个施加了直流电压的纳米肖特基金属条得到。借助于ITM方法电子的Schr-dinger方程被严格求解，再结合LB理论，与SOC相关的电子透射率、电导及其自旋极化被计算。结果表明，在这个复合磁电垒纳米结构中，电子自旋极化的大小和符号均随Rashba型和Dresselhaus型SOC强度变化。于是，可以利用改变Rashba型和/或Dresselhaus型SOC的强度，来调控复合磁电垒纳米结构中电子自旋极化效应，而且这种磁纳米结构也可以设计成SOC-可控的电子自旋过滤器。
　　最后，在第五章我们简要总结了本硕士论文的研究工作及其取得的研究成果，同时指出本研究工作存在的不足，以及今后需要继续开展的研究工作。

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作者
杨士鹏;
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作者单位

桂林理工大学;

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授予单位桂林理工大学;
学科材料物理与计算科学
授予学位硕士
导师姓名卢卯旺;
年度 2017
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TN304.01;
关键词
半导体材料; 自旋极化; 磁纳米结构; 自旋轨道耦合; 自旋过滤器;

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