Rashba自旋轨道耦合对非磁半导体中电子自旋极化隧穿的影响

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本文以非磁性半导体多层结构作为研究对象,利用转移矩阵方法研究了电子自旋极化共振隧穿的透射系数、极化率、电流密度等物理特性。   首先,我们选择非对称双势垒结构AlAs/GaSb/AlAs/GaSb/AlAs,研究了电子自旋极化隧穿特性,在计入外加偏压,考虑Rashba自旋轨道耦合效应后,讨论了电子在此结构中的透射系数、电流密度与极化率等问题.研究发现,计入Rashba自旋轨道耦合项后,不同自旋取向电子的透射曲线发生了明显的自旋劈裂,共振峰的位置是由平面波矢和外加偏压共同决定的.随着平面波矢的增加,自旋向上电子的共振峰向低能态移动,而自旋向下电子的共振峰向高能态移动;随着偏压的增加,不同自旋取向电子的共振峰均向低能态移动。   其次,我们还讨论了对称性多势垒结构AlAs/GaSb中垒数对电子透射的影响,及在外加偏压和Rashba自旋轨道耦合下的电子自旋极化隧穿.研究表明,Rashba自旋轨道耦合效应是产生自旋极化的主要原因.当不考虑Rashba作用时,共振透射曲线不发生自旋劈裂,且自旋极化率为0.但由于周期结构的阱间耦合作用,电子的共振能级发生了劈裂,对应势垒个数n,将劈裂成(n-1)个共振峰,当考虑Rashba相互作用时,每种自旋电子透射曲线都将发生劈裂,出现自旋极化,不同自旋取向电子的共振峰也会发生劈裂,劈裂原则与非自旋极化的劈裂原则相同.随着周期数的增加,共振透射峰数增加,其形状变的更为尖锐.另外,随着能量的增加,自旋极化率出现了振荡现象,且随着垒数的增加,振荡加剧,在一些共振能态处还出现了完全的自旋极化。
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