电声子作用对铁磁金属/双量子点/铁磁金属隧道结中自旋输运的影响

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我们研究电子输运通过一个振动的双量子点连接到铁磁电极,两个量子点之间态的迁移受到交流微波驱动场的激发。在库伦阻塞机制下运用波恩-马尔科夫近似主方程的方法推导出双量子点约化密度方程,并利用粒子数分辨和全计数统计的方法计算相应的电流和微分电导。研究发现,电子和声子相互作用在某种条件下可以产生声子-辅助隧穿和弗兰克-康顿阻塞。在非共线磁结构装置下,铁磁极化偏角对自旋电流有一定影响,从而影响双量子点系统电子输运性质。  在第一章中首先对介观系统作了一个简单的认识,然后介绍了自旋电子学这么一门磁学和微电子学交叉的新型学科,接着重点介绍了量子点及耦合双量子点的一些特性及制作方法,最后还介绍了介观系统中电子输运过程中的一些相关的效应,比如电子库仑阻塞,自旋积累,自旋阻塞以及电声子相互作用。正是有了这些背景知识,本文的理论研究才能深入展开。  在第二章中首先介绍了铁磁金属/双量子点/铁磁金属隧道结的理论模型及哈密顿量,然后在波恩-马尔科夫近似下运用量子主方程的方法推导出了双量子点约化密度矩阵方程,这个方程也是粒子数分辨的主方程。  本文第三章,首先利用全计数统计的方法计算出双量子点系统的电子输运电流及微分电导,并介绍了电流产生的物理机制。在推导过程中考虑强烈的库仑相互作用包括量子点内和点间,并假设双量子点与谐振子的耦合是对称的。然后利用数值计算的方法讨论了双量子点系统在强的库仑阻塞区电子的输运性质。主要考虑了以下几个参量因子:电-声子耦合强度、铁磁极化率、驱动光场强度和驱动失谐量、以及磁性极化偏角。研究发现电声子耦合作用对双量子点输运性质的影响主要体现在电子和声子的能量交换上面,主要表现在声子的辅助隧穿和负微分电导,其中声子辅助隧穿对应的是隧穿电子吸收声子的能量使电流呈现阶梯增大的特性,而负微分电导则是声子吸收隧穿电子的能量,形成弗兰克-康顿阻塞,导致电流呈现阶梯减小的特性;铁磁极化率的变化主要是改变量子点和电极间电子的隧穿概率;驱动光场对系统的影响主要是改变电子在量子点间的迁移速率,由于量子点能级不对称,会产生动态局域化的现象,电子会被限制在量子点上不能完成隧穿,而驱动光场正好可以激励电子,使其在量子点间迁移,它对负微分电导和动态局域化都有压制作用。铁磁极化偏角的变化是对铁磁极化率的修正,本质上也是改变电子的隧穿概率,这样使得自旋向下电流随着极化偏角的增大而增大,而自旋向上电流正好相反。  在本文的最后一章,我们对所做的工作进行了归纳和总结,指出了论文研究的不足之处,并提出了一些对研究方法的改进,此外还对这一研究领域的发展前景做了简要的展望。
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