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自旋电子学是研究固体材料中用电子自旋自由度来取代电荷自由度制造电子器件的一门学科。近几年,自旋电子学是最活跃的研究领域之一,不仅因为它在信息工业中有着重要的应用前景,而且也是凝聚态物理的一个基础学科。自旋电子学所面临的主要挑战是如何在半导体材料中实现自旋注入、自旋控制和自旋检测。而基于半导体异质结电子自旋轨道耦合的自旋极化输运问题以及其中的自旋霍尔效应目前受到了研究人员广泛的关注。在这篇论文中,我们主要研究用自旋轨道耦合和自旋霍尔效应来调控电流的任意自旋极化度。
本论文主要对十字架型介观四端器件的横向电流的自旋极化度进行了研究,具体研究内容和基本结果如下:
第一章简要介绍了自旋电子学研究中经常利用的概念、自旋电子学的发展和应用情况。
第二章对电子在介观系统中的输运理论进行了总结。简要介绍了介观电子系统;介观系统中利用Landauer-Büttiker公式、散射矩阵方法对电子的输运进行了研究。这有利于我们借助合适的方法来研究本文的内容。
第三章,我们利用在第二章中介绍的散射矩阵方法对一个十字型结构的二维电子气系统进行研究,系统含有自旋轨道耦合相互作用,且有一个电极是铁磁金属。在紧束缚近似下,我们计算了横向电流的自旋极化度,并研究它与费米能、铁磁导线中分子场的大小与角度、自旋轨道耦合强度等因素的关系。结果发现:在四端器件中横向电流的任意自旋极化度可以用系统的参数来调控。利用自旋霍尔效应和逆自旋霍尔效应,当纵向自旋极化流从铁磁电极流进Rashba自旋轨道耦合散射区域时,横向电流的自旋极化度是能够被控制的,它随着费米能、铁磁导线中的分子场的大小、自旋-轨道耦合强度的变化而改变。通过选择合适的参数,可以得到完全极化电流,这是由自旋霍尔效应和逆自旋霍尔效应共同起作用产生的。