三终端量子点环结构中纯自旋流的研究
目 录
1 绪论 1
1．1 介观物理 1
1.1.1 介观物理简述 1
1.1.2 介观体系与介观体系的物理特性 2
1.1.3 介观体系中的自旋输运 3
1．2 量子点 3
1.2.1 量子点的概念 3
1.2.2 量子点的性质 4
1.2.3 量子点的制备 5
1．3 量子输运现象 5
1.3.1 Rashba 效应 5
1.3.2 Rashba 自旋轨道耦合 6
1．4 非平衡态格林函数方法 6
1.5 自旋电子学 8
2 三终端量子点环结构中纯自旋流的研究 8
2．1 引言 8
2．2 三终端量子点环结构理论模型 9
2．3 数值结果与分析 14
结 论 17
致 谢 18
参 考 文 献 19
1 绪论
1．1 介观物理
一直以来，人们认识世界的方式主要是将世界分成三个部分，即微观的世界、宏观的世界以及宇观的世界。其中，微观世界指的是空间尺度在 m以下，宇观世界指的是空间尺度在 m以上，宏观世界指的是空间尺度在 m– m之间。然而，人们却忽视了空间的尺度在1 m- m之间的体系。伴随着近代科技的持续发展，尤其是关于量子力学方面知识的不断深入研究，人们已经关注到了在有些微观的尺寸下体系中的量子力学的行为，这里的微观尺度并非指的是传统意义上的，然而，对于那些在宏观尺寸上可以表现出来微观尺度的性质的系统，我们将其成为介观体系，也就是空间的尺度在 m- m之间 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
。
现代的科技发展方向逐渐向着小型化与集约化发展，众所周知的摩尔定律表明，每24个月，不仅仅集成芯片上的晶体管的数量将提高1倍，而且其各种性能也将增长1倍，引起的变化是计算能力也会随着时间周期而成指数式增长。因此，由此能够推出，集成芯片上的元件的尺度大小几乎没有可能会永不停息地没有控制地减小，也就是说，集成芯片上每个小单元能够集成的元件的数目肯定会到达某一个极限。关于此极限是何值以及这个极限什么时候会达到的问题还有待研究。早在二十世纪五十年代末的时候，美国的物理学家费因曼在当时就提出了这样的一个想法，大概意思是这样的：假如我们可以根据自己的想法来给原子进行排布的话，那么我们的生活各个方面将会有很彻底的改变。这也促使了人们将更多的关注点放在了那个之前被大家忽视的区域内，即 m- m。从广义上来说，对于介观体系的研究包括对原子相关方面的研究、对分子团簇方面的研究、对纳米材料的研究、对团簇形成方面的研究以及对其新的特性和新的现象方面的研究；然而，如果将着眼点放到狭义的角度上的化，介观体系就是指的是，尺寸足够的小，从而使得电子的运动表现出量子力学的特征，对以往传统的固体电子学的研究发展形成了一个限制体系。在此基础上，对电子输运中关于量子效应相关的讨论研究，已然变成了这些年来物理学的讨论热潮。
1.1.1 介观物理简述
关于介观体系的具体内容下文会介绍，在此之前先了解一下介观物理。介观物理，实际上是“介观体系的物理”的简称，所以说，关于介观物理所包含的内容方面的考虑研究大部分就取决于对于介观系统划分方面的问题了。如果我们从基础的研究方向上来看的话，可以了解到介观体系从根本上体现出了很多的新兴的物理表象，这也是研究介观体系的必要性以及其重要性所在。
半导体超晶格的概念是在1969年提出来的，紧随其后，有许多的相关方面的实验工作，这些在物理学中都起到了一个很重要的里程碑作用的，尤其是关于凝聚态物理方面的研究以及材料科学的进步发展方面的讨论。以这些为出发点，就出现了多种多样的介观结构，从目前来看，与此相关的研究已经发展成了一个叫做介观物理学新的学科，而且，这门学科是包括在凝聚态物理里的，对其发展研究有着重要作用，是其新的一个分支。
就如同上文所陈述的那样，介观结构指的是材料的空间的尺度至少有一个方向在介观尺寸之间，也就是指宏观尺寸与微观尺寸的范围之内。那么，达到什么样的条件才可以成为介观结构呢？从严格的角度来说，当系统的特征长度与体系的尺寸相当时，其物理性质体现出来的是量子效应，这样的结构我们可以称为介观结构。介观系统和宏观系统之间最明显的差别就在于，介观太微小了以至于已经没有了宏观的体系一贯所具备的自平均性。然而，经典输运中的许多理论已经不适用于介观输运的现象中。也就是说，经典的玻尔兹曼输运方程已不能用来描述介观体系的电子输运，这个过程表现出来的是量子相干的输运，在这个输运的过程中，电子一直保持着这种相位记忆，从而许许多多的非同一般的量子干涉与处于介观尺寸之内的量子化现象都是由此而引起来的。
对于绝大多数的材料来说，介观尺度都是处在纳米量级的，因此，介观结构，我们又称之为纳米结构。现在，多种多样的介观结构构成了一个巨大的系统，同时各种介观结构受到这种量子效应所控制的物性也是各种各样的。下面我们列举几个典型的介观结构，比如说，异质结、量子线、半导体超晶格、以及量子点等一些结构，同时需要说明的是，这些结构完全都是基于某种半导体材料的。由于有着量子束缚效应的存在，在这些基于半导体材料的结构中，电子的运动不完全是自由的，只是在一些方向上上是可以自由运动的，因此，这种结构我们将其统称叫低维半导体结构。
1.1.2 介观体系与介观体系的物理特性
介观这个词最早提出是在1981年。顾名思义，就如同前文所述的那样，介观体系，指的就是一种介于在微观体系与宏观体系之间的体系，而介观尺度用来刻画介观体系的大小。我们通常也将介观尺度称之为退相位长度，它就是指载流子能够保持的相位记忆的长度大小。
曾经，也有对介观系统电导性相关方面的研究，且这项研究也表明了导致介观体系的新物理效应的原因，其中，我们也知道了电子的量子相干性是其根本原因。我们列举几个相对着名的新的效应，例如，A-B效应、普适电导涨落效应以及AAS效应等等。
1.1.3 介观体系中的自旋输运
关于自旋电子学，我们会在下面进行详细介绍，自旋电子学中有许许多多的概念，自旋相关输运在其中是最重要的也是最核心的一个概念。如果说电荷载流子的自旋不同，或者电子的传导特性不一样，那么一般来说，这样的情况在金属中是无法区分开来的，不仅如此，非磁半导体中也是。然而，我们都知道，在一些特殊的磁性结构里，由于电子存在着不一样的自旋，其所具有的传导特性也不尽相同，这样导致在一些特定的磁性结构里能够获得的磁电阻或者说电导不尽相同。
1．2 量子点
自从上个世纪八十年代以来，伴随着光学与分子束外延相关技术的迅猛发展与电子束纳米技术的逐渐进步与完善，各种各样的低维介观结构，已经能够被人们生产并制备出来了。在这些的低维介观结构中，尺度与维度的大小不断缩小，从而，导致了电子相关的一些性质已经完全受到了量子力学的控制了。正如大家都知道的那样，凝聚态物质的维度结构不同，它们的性质也存在着非常明显的不同。导致这样的差别主要是由于系统的有效势及维度束缚了物质组成中内部粒子的运动的规则，而且一些非常明显的量子效应也是由这些的束缚所造成的。
1 绪论 1
1．1 介观物理 1
1.1.1 介观物理简述 1
1.1.2 介观体系与介观体系的物理特性 2
1.1.3 介观体系中的自旋输运 3
1．2 量子点 3
1.2.1 量子点的概念 3
1.2.2 量子点的性质 4
1.2.3 量子点的制备 5
1．3 量子输运现象 5
1.3.1 Rashba 效应 5
1.3.2 Rashba 自旋轨道耦合 6
1．4 非平衡态格林函数方法 6
1.5 自旋电子学 8
2 三终端量子点环结构中纯自旋流的研究 8
2．1 引言 8
2．2 三终端量子点环结构理论模型 9
2．3 数值结果与分析 14
结 论 17
致 谢 18
参 考 文 献 19
1 绪论
1．1 介观物理
一直以来，人们认识世界的方式主要是将世界分成三个部分，即微观的世界、宏观的世界以及宇观的世界。其中，微观世界指的是空间尺度在 m以下，宇观世界指的是空间尺度在 m以上，宏观世界指的是空间尺度在 m– m之间。然而，人们却忽视了空间的尺度在1 m- m之间的体系。伴随着近代科技的持续发展，尤其是关于量子力学方面知识的不断深入研究，人们已经关注到了在有些微观的尺寸下体系中的量子力学的行为，这里的微观尺度并非指的是传统意义上的，然而，对于那些在宏观尺寸上可以表现出来微观尺度的性质的系统，我们将其成为介观体系，也就是空间的尺度在 m- m之间 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
。
现代的科技发展方向逐渐向着小型化与集约化发展，众所周知的摩尔定律表明，每24个月，不仅仅集成芯片上的晶体管的数量将提高1倍，而且其各种性能也将增长1倍，引起的变化是计算能力也会随着时间周期而成指数式增长。因此，由此能够推出，集成芯片上的元件的尺度大小几乎没有可能会永不停息地没有控制地减小，也就是说，集成芯片上每个小单元能够集成的元件的数目肯定会到达某一个极限。关于此极限是何值以及这个极限什么时候会达到的问题还有待研究。早在二十世纪五十年代末的时候，美国的物理学家费因曼在当时就提出了这样的一个想法，大概意思是这样的：假如我们可以根据自己的想法来给原子进行排布的话，那么我们的生活各个方面将会有很彻底的改变。这也促使了人们将更多的关注点放在了那个之前被大家忽视的区域内，即 m- m。从广义上来说，对于介观体系的研究包括对原子相关方面的研究、对分子团簇方面的研究、对纳米材料的研究、对团簇形成方面的研究以及对其新的特性和新的现象方面的研究；然而，如果将着眼点放到狭义的角度上的化，介观体系就是指的是，尺寸足够的小，从而使得电子的运动表现出量子力学的特征，对以往传统的固体电子学的研究发展形成了一个限制体系。在此基础上，对电子输运中关于量子效应相关的讨论研究，已然变成了这些年来物理学的讨论热潮。
1.1.1 介观物理简述
关于介观体系的具体内容下文会介绍，在此之前先了解一下介观物理。介观物理，实际上是“介观体系的物理”的简称，所以说，关于介观物理所包含的内容方面的考虑研究大部分就取决于对于介观系统划分方面的问题了。如果我们从基础的研究方向上来看的话，可以了解到介观体系从根本上体现出了很多的新兴的物理表象，这也是研究介观体系的必要性以及其重要性所在。
半导体超晶格的概念是在1969年提出来的，紧随其后，有许多的相关方面的实验工作，这些在物理学中都起到了一个很重要的里程碑作用的，尤其是关于凝聚态物理方面的研究以及材料科学的进步发展方面的讨论。以这些为出发点，就出现了多种多样的介观结构，从目前来看，与此相关的研究已经发展成了一个叫做介观物理学新的学科，而且，这门学科是包括在凝聚态物理里的，对其发展研究有着重要作用，是其新的一个分支。
就如同上文所陈述的那样，介观结构指的是材料的空间的尺度至少有一个方向在介观尺寸之间，也就是指宏观尺寸与微观尺寸的范围之内。那么，达到什么样的条件才可以成为介观结构呢？从严格的角度来说，当系统的特征长度与体系的尺寸相当时，其物理性质体现出来的是量子效应，这样的结构我们可以称为介观结构。介观系统和宏观系统之间最明显的差别就在于，介观太微小了以至于已经没有了宏观的体系一贯所具备的自平均性。然而，经典输运中的许多理论已经不适用于介观输运的现象中。也就是说，经典的玻尔兹曼输运方程已不能用来描述介观体系的电子输运，这个过程表现出来的是量子相干的输运，在这个输运的过程中，电子一直保持着这种相位记忆，从而许许多多的非同一般的量子干涉与处于介观尺寸之内的量子化现象都是由此而引起来的。
对于绝大多数的材料来说，介观尺度都是处在纳米量级的，因此，介观结构，我们又称之为纳米结构。现在，多种多样的介观结构构成了一个巨大的系统，同时各种介观结构受到这种量子效应所控制的物性也是各种各样的。下面我们列举几个典型的介观结构，比如说，异质结、量子线、半导体超晶格、以及量子点等一些结构，同时需要说明的是，这些结构完全都是基于某种半导体材料的。由于有着量子束缚效应的存在，在这些基于半导体材料的结构中，电子的运动不完全是自由的，只是在一些方向上上是可以自由运动的，因此，这种结构我们将其统称叫低维半导体结构。
1.1.2 介观体系与介观体系的物理特性
介观这个词最早提出是在1981年。顾名思义，就如同前文所述的那样，介观体系，指的就是一种介于在微观体系与宏观体系之间的体系，而介观尺度用来刻画介观体系的大小。我们通常也将介观尺度称之为退相位长度，它就是指载流子能够保持的相位记忆的长度大小。
曾经，也有对介观系统电导性相关方面的研究，且这项研究也表明了导致介观体系的新物理效应的原因，其中，我们也知道了电子的量子相干性是其根本原因。我们列举几个相对着名的新的效应，例如，A-B效应、普适电导涨落效应以及AAS效应等等。
1.1.3 介观体系中的自旋输运
关于自旋电子学，我们会在下面进行详细介绍，自旋电子学中有许许多多的概念，自旋相关输运在其中是最重要的也是最核心的一个概念。如果说电荷载流子的自旋不同，或者电子的传导特性不一样，那么一般来说，这样的情况在金属中是无法区分开来的，不仅如此，非磁半导体中也是。然而，我们都知道，在一些特殊的磁性结构里，由于电子存在着不一样的自旋，其所具有的传导特性也不尽相同，这样导致在一些特定的磁性结构里能够获得的磁电阻或者说电导不尽相同。
1．2 量子点
自从上个世纪八十年代以来，伴随着光学与分子束外延相关技术的迅猛发展与电子束纳米技术的逐渐进步与完善，各种各样的低维介观结构，已经能够被人们生产并制备出来了。在这些的低维介观结构中，尺度与维度的大小不断缩小，从而，导致了电子相关的一些性质已经完全受到了量子力学的控制了。正如大家都知道的那样，凝聚态物质的维度结构不同，它们的性质也存在着非常明显的不同。导致这样的差别主要是由于系统的有效势及维度束缚了物质组成中内部粒子的运动的规则，而且一些非常明显的量子效应也是由这些的束缚所造成的。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/rwxy/wuli/140.html
