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自旋电子学是一门研究如何利用电子的自旋属性进行信息存储、信息处理与信息传输的科学,属于纳米电子学的一个新的热门分支。基于半导体异质结中电子自旋轨道耦合的自旋极化输运、自旋流和自旋Hall效应正逐渐成为一个热门的研究领域,特别足在没有外磁场的情况下,如何控制电子的自旋及自旋流在设计新的量子比特和存储设备中就显得非常重要。荩于半导体异质结的介观系统(人工低维量子结构),如量子线、量子点等将是未来纳米电路中的重要组成部分。因此,研究含有自旋轨道耦合量子线中的自旋流具有重要的荩础意义和高技术应用背景。
本文采用有效质量自由电子模型,并利用最近提出的一种新的关于自旋流的正确定义,研究了含有Rashba自旋轨道耦合的无限长量子线中的持续自旋流,得到了一些新的有意义的结果。
全文共分为五章。
第一章和第二章简要地介绍了闪锌矿结构半导体及其异质结中电子自旋轨道耦合作用的起源及其对自旋极化输运的影响的研究历史与现状,包括自旋轨道耦合的类型和物理根源、自旋积累、自旋进动、自旋激化输运以及自旋流与自旋Hall效应等。
第三章中足我们自己的工作。我们系统地研究了一个无限长的含有Rashba自旋轨道耦合的量子线系统中的持续自旋流.通过采用自由电子近似模型,我们利用新的关于自旋流的正确定义,通过解析分析和数值举例,发现这种具有白旋轨道耦合的系统中的自旋流的不同分量对自旋轨道耦合强度的变化呈现出不同的敏感程度.基于这一特性,我们就可以找到一种设计新的量子比特的方法,并可以用它来设计一种新的量子存储设备。
在第四章中,我们对量子线中的自旋流的特性做了进一步的研究。通过研究处于高能态情况下的自旋流,我们发现自旋流同样也要满足量子力学中的的对应原理,即在大量子数的情况下自旋流也要趋向于经典理论的结果。
第五章我们对本文的工作进行了简要的总结,并对这一研究领域的发展前景作了简要的展望。