磁性纳米结构中自旋相关的Andreev反射隧穿

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本论文主要介绍了作者硕士期间参与完成的三项研究工作。第一个工作是,研究通过铁磁-量子点-超导系统的Andreev反射共振隧穿,首次考虑量子点内的自旋轨道相互作用导致的电子自旋倒逆散射对Andreev反射共振电导影响。应用非平衡格林函数方法,推导出了零温线性Andreev反射电导表达式。调节量子点的门电压,我们发现:Andreev反射共振行为是由量子点内的自旋翻转散射强度和量子点与电极隧穿耦合强度两者之间的竞争共同决定的。当量子点内自旋翻转散射比较弱的时候,Andreev反射电导呈现单峰结构,随着自旋翻转散射强度的增加,Andreev反射电导将会演化成双峰共振行为;这时,隧穿电导谱中出现一个新的共振结构。此外,还详细讨论了势垒中自旋相关的隧穿耦合、Fermi速度匹配条件以及铁磁引线中的自旋极化率对Andreev反射电导的影响。 第二个工作是,研究通过正常金属(铁磁金属)-进动局域自旋-超导系统的Andreev反射共振隧穿。基于非平衡格林函数方法,我们获得了零温Andreev反射电导(AR电导)作为系统化学势和局域进动自旋与外磁场之间夹角的函数公式。研究发现:隧穿势垒中的自旋轨道相互作用导致的自旋倒逆隧穿是产生AR电导振荡的关键。结果表明,当局域自旋在弱外加磁场中以拉莫频率ωL进动时,AR电导只出现了频率为2ωL的振荡。随着势垒间自旋翻转隧穿耦合强度的增加,AR电导振荡幅度增大。同时我们详细研究了自旋翻转隧穿耦合和局域自旋进动对AR电导共振行为的影响。当正常金属电极被铁磁材料代替时,研究发现AR电导出现关于化学势零点的左右不对称共振行为,而且在化学势处于自旋交换相互作用强度(±J)附近,自旋翻转散射强度不为零时,AR电导出现振荡,振荡频率除了有2ωL分量外,还有高倍频率分量4ωL,6ωL等。 在最后一个工作中,研究了通过带有磁性杂质介观环中自旋极化电导的振荡。应用一维量子波导理论,我们主要讨论了通过具有磁性杂质Aharonov-Bohm环的自旋极化电导的对称性,其中入射电子和磁性杂质之间的自旋交换相互作用会产生自旋翻转散射。研究表明:对于一系列特殊Fermi能量的自旋向上的入射电子,自旋翻转散射导致自旋向上和向下的透射系数都是磁通反演对称的,因而总电导也是磁通反演对称的。在此情况下,自旋向下分量电子透射和反射系数的AB振荡是完全相同的。自旋交换相互作用强度和Fermi波矢对电子传输行为影响也被详细讨论。
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