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合金团簇(FeCr)_n中的非共线磁序和自旋轨道耦合效应

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物理学报 2013年第14期62卷 128-135页

作者：张宝龙王东红杨致刘瑞萍李秀燕太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室物理与光电工程学院太原030024

利用密度泛函理论对合金团簇(FeCr)n(n≤6)的几何结构、稳定性和磁性进行了系统的研究.研究结果表明,对n≤3的合金团簇,其基态具有共线的反铁磁序;而对于n≥4的合金团簇,其基态具有非共线磁序,因此在n=4时体系发生了共线磁序向非共线磁... 详细信息

利用密度泛函理论对合金团簇(FeCr)n(n≤6)的几何结构、稳定性和磁性进行了系统的研究.研究结果表明,对n≤3的合金团簇,其基态具有共线的反铁磁序;而对于n≥4的合金团簇,其基态具有非共线磁序,因此在n=4时体系发生了共线磁序向非共线磁序的"相变".此外,虽然3d过渡金属原子中电子的自旋轨道耦合效应比较弱,但计算结果表明对于某些小尺寸的合金团簇其轨道磁矩不能忽略.对非共线磁性团簇的成键性质以及产生磁序"相变"的物理起源进行了详细讨论.

关键词： (FeCr)n合金团簇密度泛函理论非共线磁序自旋轨道耦合效应

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Rashba自旋轨道耦合效应对散粒噪声的影响

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河北师范大学学报（自然科学版） 2008年第5期32卷 620-624页

作者：杜坚董衍坤刘继红承德高等民族师范专科学校物理系河北承德067000 河北师范大学物理科学与信息工程学院河北石家庄050016

计算了自旋电子隧穿铁磁/半导体/铁磁异质结的隧穿系数.根据Landauer-Büttier公式及其理论框架,计算了零温时的散粒噪声和电导,对散粒噪声和电导的函数曲线进行了对比分析,讨论了它们和Rashba自旋轨道耦合效应及量子尺寸效应的关系.

关键词：自旋轨道耦合效应隧穿系数散粒噪声电导

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量子点与等离子体波导耦合系统相关问题研究

量子点与等离子体波导耦合系统相关问题研究

作者：姜成凯南京信息工程大学

学位级别：硕士

随着信息技术的不断发展,对于信号进行片上处理的需求日益增加,而集成光学技术也在这一期间得到了越来越迅速的发展。表面等离子体作为一种特殊的表面倏逝波,引起了人们的极大关注。它是由金属表面自由电子在外部入射光的作用下集体振... 详细信息

随着信息技术的不断发展,对于信号进行片上处理的需求日益增加,而集成光学技术也在这一期间得到了越来越迅速的发展。表面等离子体作为一种特殊的表面倏逝波,引起了人们的极大关注。它是由金属表面自由电子在外部入射光的作用下集体振荡而产生的,具有极强的光场限制能力,可以将光能量很好地束缚在金属表面,同时能使光与物质的相互作用得到显著增强。这些特点使得它可以有效缩小光学器件的尺寸,满足集成化的需求。量子点作为一种新型的发光物质,其具有较小的体积,较好的发光性能,被认为是未来集成光学中光源的良好选择。量子点与等离子体波导间的耦合系统被认为是未来集成光学的发展方向。而这种耦合系统仍然存在一些问题如量子点发射速率过低,波导内模式传输方向不可控等等。该论文将从表面等离子体的原理及研究现状出发,设计不同的微纳结构以解决量子点与等离子体波导耦合系统中存在的问题,通过时域有限差分方法对设计结构进行理论计算,最后对实际效果加以实验验证。该论文的主要研究工作如下:1.提出了一种双孔型金属谐振腔结构,该结构由两个孔状微腔及放置在腔中心的量子点构成。双孔微腔可以引起腔共振效应,从而获得较大的品质因子Q值。而银基底可以较好的激发表面等离子体,从而获得较小的模式体积。这两种方法可以有效的增强结构的珀塞尔效应,从而获得较大的珀塞尔因子,解决了量子点与等离子体波导耦合系统中量子点发射速率过低的问题。经过对结构参数的优化仿真,本研究中所设计的结构的珀塞尔因子可以达到6.5×10以上。2.以介质加载等离子体波导为基础,设计了一种自旋分光器件。通过设计波导交接处的自旋耦合器结构以引导自旋-轨道耦合效应的发生,进一步调控光在波导内的传输方向。该结构可以通过调控入射激发光的圆偏振状态,使波导内的能量向不同的方向传播。采用时域有限差分方法对所设计结构进行模拟计算,对器件各结构参数对结果产生的影响进行探究。仿真结果显示所设计的结构可以在532nm波段下得到0.95的分光比。同时也通过电子束光刻,电子蒸发镀膜等技术对所设计的器件进行了加工制备,并进行了样品的测试,实验结果与仿真结果吻合较好,该自旋分光结构可以较好的实现设计目标。3.提出并成功验证了一种介质加载等离子体纳米回路,同时在回路中实现了自旋分选的功能。该器件由自旋耦合器和两个分支波导组成,自旋耦合器可以将入射光子单向传输到一个独立的波导中。文中利用时域有限差分方法对所设计器件进行了仿真计算,同时也通过电子束光刻等方法对样品进行了加工和实验验证。仿真和实验结果均表明,在532nm的工作波长下,使用左旋圆偏振或右旋圆偏振光入射,结构的插入损耗和分光效率分别可以达到0.13d B和14.8 d B。同时也对所设计器件的可扩展性做了相关的探究,比如在纳米环的周围添加新的纳米圆盘以实现多通道引导等,这证明本研究中所设计的器件具有很好的可扩展性。

关键词：表面等离激元量子点介质加载等离子体波导自旋轨道耦合效应

串联耦合双量子点中有效自旋轨道耦合场依赖的电子计数统计

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山西大学学报(自然科学版) 2018年第3期41卷 564-571页

作者：高斌斌张蓝云段志磊刘旭萍薛海斌太原理工大学物理与光电工程学院

在顺序隧穿极限下,基于粒子数分辨的量子主方程,研究了与铁磁电极耦合的串联耦合双量子点体系中有效自旋轨道耦合场大小和方向依赖的电子计数统计。数值结果表明,散粒噪声超泊松Fano因子的数值减小程度、散粒噪声从超泊松分布到次泊松... 详细信息

在顺序隧穿极限下,基于粒子数分辨的量子主方程,研究了与铁磁电极耦合的串联耦合双量子点体系中有效自旋轨道耦合场大小和方向依赖的电子计数统计。数值结果表明,散粒噪声超泊松Fano因子的数值减小程度、散粒噪声从超泊松分布到次泊松分布的转变、刻画传输电子分布峰的偏斜度数值大小和正负均敏感地依赖于该有效自旋轨道耦合场的大小和方向。此特性可以用来定性获取有效自旋轨道耦合场的大小和方向信息。

关键词：自旋轨道耦合效应电子全计数统计串联耦合双量子点

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二维铁电体和多铁体中电控自旋织构的研究

二维铁电体和多铁体中电控自旋织构的研究

作者：叶倩华东师范大学

学位级别：硕士

自旋轨道耦合建立了电子内禀自旋属性与电磁相互作用的紧密联系,在自旋电子学领域起着重要作用。自旋织构铁电体(spin-textured ferroelectrics)实现了自旋轨道耦合效应和铁电性的交叉融合,使得非易失性地电控自旋极化成为可能。在本文... 详细信息

自旋轨道耦合建立了电子内禀自旋属性与电磁相互作用的紧密联系,在自旋电子学领域起着重要作用。自旋织构铁电体(spin-textured ferroelectrics)实现了自旋轨道耦合效应和铁电性的交叉融合,使得非易失性地电控自旋极化成为可能。在本文中,我们以二维铁电体、二维多铁体作为研究对象,利用第一性原理计算,对电子内禀的电荷、自旋和倒易空间的自旋织构间的耦合关系,以及体系的非线性光学性质展开研究。主要内容如下:1.预测了正交型结构的NbOI单层是一种铁电性和Dresselhaus效应共存的半导体。该体系属于C点群,在导带底附近具有Dresselhaus型能带劈裂,且具有单向的面外自旋织构,因此会产生持续自旋螺旋态。当Nb OI的面内铁电极化方向反转时,其面外方向的自旋织构也会随之发生反转。此外,施加单轴应变可以有效调节Nb OI单层的带隙值和自旋分裂程度。随着压应力的增大,价带在Γ点处会出现巨大的能带劈裂现象,且Γ点附近仍具有单向的自旋织构,保持了持续自旋螺旋态。2.将自旋轨道耦合效应计入到具有铁电-反铁磁基态结构的二维多铁材料VOX(X=Cl,Br)单层中,该体系会发生能带劈裂现象,且导带底的能带劈裂程度随着卤素X原子序数增大而增大。导带底和价带顶均具有单向的面外自旋织构,且自旋织构的分布会随面内电偶极矩的反转而反转。VOX的两个亚稳态的铁电-反铁磁结构也同样具有单向的面外自旋织构。另外,我们预测了VOCl Br单层是具有铁电-反铁磁基态结构的二维多铁双面神(Janus)材料。通过对VOX、VOCl Br单层的二次谐波产生(SHG)进行系统地研究发现,VOX和VOCl Br均具有较大的SHG系数零频值,且不同磁结构的SHG零频值具有明显的差异性。

关键词：二维铁电体二维多铁体自旋轨道耦合效应自旋织构二次谐波产生第一性原理计算

重金属和氧化镁的界面效应对磁性异质结构中自旋输运的影响研究

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重金属和氧化镁的界面效应对磁性异质结构中自旋输运的影响研究

作者：李双峰兰州大学

学位级别：硕士

自旋电子学发展的目标之一是将自旋自由度带入到传统电子器件中去,期望利用自旋替代电荷在信息记录与处理方面的地位,并以此构建新一代信息存储和计算原理与器件。磁性异质结构是由磁性金属或磁性绝缘体与非磁性金属（NM）组成的复合结... 详细信息

自旋电子学发展的目标之一是将自旋自由度带入到传统电子器件中去,期望利用自旋替代电荷在信息记录与处理方面的地位,并以此构建新一代信息存储和计算原理与器件。磁性异质结构是由磁性金属或磁性绝缘体与非磁性金属（NM）组成的复合结构,能够同时实现自旋流的产生与探测。它不仅是研究自旋输运相关现象的理想体系,而且是各种自旋电子学效应得以功能化的核心部件。为了进一步凸显自旋电子学相关效应的功能,磁性异质结构越来越薄,从而界面效应越来越显著。由于界面固有的对称性破缺,在自旋轨道耦合的作用下界面所产生的新现象不断扩展着人们对自旋电子学领域的认识。本文以HM（Pt和Ta）/MgO界面自旋轨道耦合效应作为研究对象,通过自旋霍尔磁电阻、自旋泵浦效应和自旋力矩铁磁共振的表征,系统研究了MgO覆盖层对于CoFeB/HM异质结构中自旋流产生与输运的影响,得到的主要结论如下:1)MgO覆盖层增强了HM原子向CoFeB中的扩散,导致CoFeB的死层厚度增大,界面各向异性减弱,同时削弱了自旋泵浦效应。而且HM原子向CoFeB中的扩散越容易,MgO覆盖层对该扩散过程增强的越多。2)验证了HM/MgO界面存在的Rashba-Edelstein效应,即电荷流在HM/MgO界面产生自旋积累。该效应导致CoFeB/HM/MgO异质结构表现出自旋轨道磁电阻,且在HM层较薄时可以对CoFeB施加额外的自旋轨道力矩。同时该效应的强度受HM的调控,但其诱导产生的界面自旋积累具有相同的极化方向,与HM无关。

关键词：自旋轨道耦合效应自旋输运自旋积累界面效应自旋力矩

串联耦合双量子点中有效自旋轨道耦合场依赖的电流有限频率噪声谱

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串联耦合双量子点中有效自旋轨道耦合场依赖的电流有限频率噪声谱

作者：刘旭萍太原理工大学

学位级别：硕士

在单分子器件中,电流的有限频率噪声谱可以提供平均电流和微分电导无法提供的与系统内部能级结构相关的电子输运时间尺度和其内部动力学的信息,因而,有限频率噪声谱已成为表征电子输运特性的重要方法。另外,量子点体系因其相关参数在实... 详细信息

在单分子器件中,电流的有限频率噪声谱可以提供平均电流和微分电导无法提供的与系统内部能级结构相关的电子输运时间尺度和其内部动力学的信息,因而,有限频率噪声谱已成为表征电子输运特性的重要方法。另外,量子点体系因其相关参数在实验上的可调性,目前已成为实现自旋电子学的候选量子体系,其中,基于自旋轨道耦合效应操控和探测其电子自旋自由度是人们极为关注和感兴趣的一个研究领域。因而,耦合量子点体系的自旋轨道耦合效应依赖的电子输运特性成为凝聚态物理的重要课题之一。目前,耦合量子点系统的电子输运研究主要集中在自旋轨道耦合和自旋翻转过程对其平均电流和零频散粒噪声的影响。虽然在单量子中自旋翻转过程的强度大小对其有限频率噪声谱已被研究,但是,耦合量子点体系的有限频率噪声谱对其内部能级结构和源极漏极自旋极化率的依赖关系尚未被揭示。特别是,在耦合量子点体系中,如何基于有限频率噪声谱提取其自旋轨道耦合参数的大小依然是一个开放课题。在本文中,基于粒子数分辨的量子主方程,研究了自旋轨道耦合参数的大小、外加磁场的大小、能级失谐量、源极漏极的自旋极化率等对串联耦合双量子点系统有限频率噪声谱的影响,并讨论基于有限频率噪声谱定量提取其自旋轨道耦合参数的可行性。研究发现串联耦合双量子点体系的有限频率噪声谱展示了一个明显的谷,并且谷的位置仅依赖于耦合量子点体系两个单占据本征态之间的能量本征值之差。尤其是,源极漏极的自旋极化率仅影响有限频率噪声谱的谷宽度,并不影响其谷的位置。因此,此特性可以用来定量获取耦合量子点体系单占据本征态的能量本征值之差和自旋轨道耦合强度的大小。上述关于有限频率噪声谱的相关特性对于理解耦合量子点体系的内部动力学性质非常有用。

关键词：串联耦合双量子点体系有限频率噪声谱自旋轨道耦合效应

自旋轨道耦合对串联双量子点电子全计数统计特性的影响

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山西大学学报(自然科学版) 2016年第1期39卷 61-67页

作者：王敏薛海斌太原理工大学物理与光电工程学院

基于粒子数分辨的量子主方程,研究了具有自旋轨道耦合效应的串联双量子点体系的电子计数统计特性。通过分析电极的自旋极化率、量子点的点间隧穿耦合强度以及其能级失谐对前三阶累积矩的影响,发现当量子点的点间隧穿耦合强度与量子点电... 详细信息

基于粒子数分辨的量子主方程,研究了具有自旋轨道耦合效应的串联双量子点体系的电子计数统计特性。通过分析电极的自旋极化率、量子点的点间隧穿耦合强度以及其能级失谐对前三阶累积矩的影响,发现当量子点的点间隧穿耦合强度与量子点电极耦合强度处于同一量级,且两个量子点的能级失谐大于其自旋轨道耦合强度数倍（约5;0）时,对于电极自旋极化率较大的情形,在仅有单占据态到空占据态参与电子输运的偏压区域内,自旋轨道耦合效应对电流的前三阶累积矩,尤其是高阶累积矩,有一个明显的影响。特别是,通过调节两个量子点的能级失谐,可以找到一个高阶电流累积矩基本上与自旋轨道耦合强度成正比的区域。因此,可以基于电流高阶累积矩定性获取串联双量子点的自旋轨道耦合参数,为其在固态量子计算中的应用提供理论基础。

关键词：串联耦合双量子点自旋轨道耦合效应全计数统计

串联耦合双量子点中有效自旋轨道耦合场依赖的电子计数统计

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串联耦合双量子点中有效自旋轨道耦合场依赖的电子计数统计

作者：高斌斌太原理工大学

学位级别：硕士

耦合量子点体系,因其相关参数具有高度可调性,其量子输运特性成为了低维量子系统的热点研究问题之一。特别是,自旋轨道耦合效应提供了一种全电场调控自旋的途径,相比磁场调控,电场更容易在小尺寸空间内聚集和屏蔽。因而,研究自旋轨道耦... 详细信息

耦合量子点体系,因其相关参数具有高度可调性,其量子输运特性成为了低维量子系统的热点研究问题之一。特别是,自旋轨道耦合效应提供了一种全电场调控自旋的途径,相比磁场调控,电场更容易在小尺寸空间内聚集和屏蔽。因而,研究自旋轨道耦合效应对耦合量子点体系中电子输运特性的影响引起了广泛关注。另一方面,实验上已经证实高阶电流累积矩可以提供更多平均电流和微分电导无法揭示的电子输运信息。最近,在串联耦合的双量子点体系和双能级量子点中,当有效自旋轨道耦合场方向与电极自旋极化方向平行或垂直时,电流的散粒噪声和偏斜度可以定性获取有效自旋轨道场的大小。但是,有效自旋轨道耦合场方向和大小对耦合量子点体系电子计数统计特性的影响尚未揭示。本文在串联耦合双量子点中,基于粒子数分辨的量子主方程和全计数统计的方法,研究了自旋极化率、量子点能级失谐、外磁场、自旋轨道耦合场大小和方向、量子点与左右电极非对称性耦合对电流前三阶累积矩的影响。主要结论如下:（1）与量子点能级相同相比,当量子点间有能级失谐,且大小与量子点间耦合强度的量级相近时,电流前三阶累积矩随自旋轨道耦合场方向的变化更加明显;（2）当自旋轨道耦合场强度的大小小于量子点间耦合强度的大小时,电流前三阶累积随自旋轨道耦合的变化会有更加明显的变化;（3）自旋轨道耦合场方向与自旋量化轴夹角较小时,电流前三阶累积矩随自旋轨道耦合场方向的变化会有更加明显的变化;（4）仅当系统与源极耦合强度远大于同漏极耦合强度时,散粒噪声和偏斜度出现明显的超泊松分布。

关键词：自旋轨道耦合效应电子的全计数统计耦合双量子点