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rashba效应影响下三角量子阱中弱耦合极化子的有效质量(英文)

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发光学报 2010年第1期31卷 12-16页

作者：张海瑞肖景林内蒙古民族大学物理与电子信息学院内蒙古通辽028043 呼和浩特民族学院数理系内蒙古呼和浩特010051

采用改进的线性组合算符和幺正变换相结合的方法,导出了三角量子阱中弱耦合极化子的有效质量。讨论了极化子速度、电声子耦合常数和电子面密度对极化子有效质量的影响。通过对GaAs材料的数值计算结果表明:因为电-声子耦合作用和rashba... 详细信息

采用改进的线性组合算符和幺正变换相结合的方法,导出了三角量子阱中弱耦合极化子的有效质量。讨论了极化子速度、电声子耦合常数和电子面密度对极化子有效质量的影响。通过对GaAs材料的数值计算结果表明:因为电-声子耦合作用和rashba效应的存在,发现弱耦合极化子的有效质量由两部分组成,而且弱耦合极化子的有效质量随电声子耦合常数、电子面密度和极化子速度都发生了分裂。

关键词：三角量子阱自旋电子学有效质量 rashba效应

三角量子阱中磁极化子的Zeeman效应和rashba效应

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固体电子学研究与进展 2022年第2期42卷 99-103页

作者：梁雄单淑萍龙岩学院物理与机电工程学院福建龙岩364012

采用Pekar变分法研究了三角量子阱中磁极化子的Zeeman效应和rashba效应,理论推导得到磁极化子基态能量的表达式。结果表明,磁极化子的基态能量不仅是波矢和磁场回旋共振频率的函数,而且还是电子面密度和电子-声子耦合强度的函数;由于晶... 详细信息

采用Pekar变分法研究了三角量子阱中磁极化子的Zeeman效应和rashba效应,理论推导得到磁极化子基态能量的表达式。结果表明,磁极化子的基态能量不仅是波矢和磁场回旋共振频率的函数,而且还是电子面密度和电子-声子耦合强度的函数;由于晶体结构反演非对称性及磁场的影响,磁极化子能量发生rashba自旋轨道分裂和Zeeman分裂;在强、弱磁场下,分别讨论了rashba效应和Zeeman效应在能量分裂中所占的主导地位;由于声子的存在降低了极化子的总能量,使得极化子态比裸电子态更稳定。

关键词： Zeeman效应 rashba效应磁极化子三角量子阱

rashba效应对量子线中强耦合束缚极化子性质的影响

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固体电子学研究与进展 2013年第4期33卷 329-332,350页

作者：吴丽娜丁朝华杨杨祁立娜内蒙古民族大学物理与电子信息学院内蒙古通辽028043

采用改进的线性组合算符和幺正变换相结合的方法,研究了rashba效应对半导体量子线中强耦合束缚极化子性质的影响。计算了rashba效应的影响下量子线中强耦合束缚极化子的基态能量、有效质量和振动频率。数值分析结果表明:基态能量随库仑... 详细信息

采用改进的线性组合算符和幺正变换相结合的方法,研究了rashba效应对半导体量子线中强耦合束缚极化子性质的影响。计算了rashba效应的影响下量子线中强耦合束缚极化子的基态能量、有效质量和振动频率。数值分析结果表明:基态能量随库仑束缚势的增加而减少,随受限强度的增加而增大,而且在rashba效应影响下,基态能量和有效质量比随库仑束缚势的变化曲线由原来的一条分裂为上下两条;振动频率随束缚势、受限强度和耦合强度的增加而加快;有效质量比随库仑束缚势和受限强度的增强而变大。

关键词： rashba效应量子线束缚极化子强耦合

二维钙钛矿(AMP)PbI4的rashba效应研究

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二维钙钛矿(AMP)PbI4的Rashba效应研究

作者：梁立晗华中科技大学

学位级别：硕士

当材料不具备中心反演对称性且存在较强的自旋轨道耦合时,材料原本自旋简并的电子能带劈裂成两个自旋极化的能带,产生rashba效应。这类rashba材料不仅广泛应用于自旋电子器件,在圆偏振探测、谷电子器件领域也有着重要意义。二维钙钛矿... 详细信息

当材料不具备中心反演对称性且存在较强的自旋轨道耦合时,材料原本自旋简并的电子能带劈裂成两个自旋极化的能带,产生rashba效应。这类rashba材料不仅广泛应用于自旋电子器件,在圆偏振探测、谷电子器件领域也有着重要意义。二维钙钛矿因其简单的合成过程和优异的光电性能,近年引起了人们的广泛关注。但当前对于二维有机无机钙钛矿rashba效应的实验研究还不够全面,阻碍了其应用。本文主要系统研究了二维Dion-Jacobson钙钛矿的rashba效应,主要内容如下:首先,本文利用水相法成功合成二维钙钛矿(AMP)PbI并对其进行了结构和光谱表征。结构表征验证了该晶体良好的结晶性和合成正确性。光谱表征表明该钙钛矿存在双峰发射现象。随后,通过变温光致发光(PL)光谱和圆偏振光致电流,证明了(AMP)PbI存在rashba效应,PL光谱中的低能峰是由激子通过rashba间接带隙复合导致的。接着通过变温圆偏振PL光谱和变温低频拉曼光谱进一步证明了,(AMP)PbI中存在一种与温度相关的热辅助rashba劈裂,这种热辅助rashba劈裂是热能引起钙钛矿中八面体扭曲使晶体结构反演不对称性加剧导致的。通过样品高能峰和低能峰的能量差,可以计算出(AMP)PbI钙钛矿的rashba系数为2.4 e V·(?),rashba劈裂能为90 me V。室温下能通过荧光光谱直接识别rashba间接带隙发射峰并研究rashba效应对材料光物理特性的影响具有重要意义。本文利用空间限域水相法合成了(AMP)PbI微米片,生长出的小尺度微米片可以实现回音壁微腔的功能,(AMP)PbI发射的荧光在小尺寸微米片微腔内共振产生高效的光子循环现象,从而增强了rashba间接带隙的激子发射。在室温下,PL光谱上也可以明显观测到间接带隙的激子发射峰。此外还发现光子循环效应大大延长了(AMP)PbI钙钛矿中激子的传输长度。综上,本论文系统研究了二维钙钛矿(AMP)PbI的合成和rashba效应,并通过合成小尺度(AMP)PbI微米片实现rashba间接带隙的激子发射增强,延长激子的传输长度。本文研究工作对于(AMP)PbI钙钛矿应用于自旋和光电器件领域具有重要意义。

关键词：二维Dion-Jacobson钙钛矿 rashba效应水相法光子循环激子扩散

铅卤化物钙钛矿卤素缺陷及rashba效应的第一性原理研究

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铅卤化物钙钛矿卤素缺陷及Rashba效应的第一性原理研究

作者：封青杰浙江师范大学

学位级别：硕士

铅卤化物钙钛矿材料由于其低成本的溶液制备方法和高功率转换效率而在光伏应用领域中引起广泛关注。这类材料具有令人印象深刻的独特光电特性,比如可调谐带隙、强光吸收能力和高载流子迁移率。在过去十年中,大量研究者在器件结构、材料... 详细信息

铅卤化物钙钛矿材料由于其低成本的溶液制备方法和高功率转换效率而在光伏应用领域中引起广泛关注。这类材料具有令人印象深刻的独特光电特性,比如可调谐带隙、强光吸收能力和高载流子迁移率。在过去十年中,大量研究者在器件结构、材料化学和制备工艺等方面为钙钛矿的发展做出了革命性的贡献,使其功率转换效率从约3%迅速提高到25.5%以上,成为替代传统太阳能电池材料的有力竞争者。尽管取得了许多成就,为了进一步提高太阳能电池的功率转换效率,仍需深入挖掘铅卤化物钙钛矿卓越性能的来源。本文结合密度泛函理论和含时密度泛函理论方法对铅卤化物钙钛矿基态和激发态的稳定性、电子特性、几何结构等进行深入研究。主要研究内容如下:1、体相的卤素缺陷通过结合密度泛函理论和含时密度泛函理论方法,研究卤素间隙诱导的空穴陷阱。采用半局部交换泛函和杂化泛函对基态和激发态几何结构进行弛豫,计算空穴陷阱的能级,分析自相互作用校正对光触发几何形变和空穴陷阱的电子结构影响。根据不同泛函计算的光触发几何形变的弛豫能,探讨了空穴陷阱和光触发几何形变之间的关系。2、表面的卤素缺陷通过使用密度泛函理论和含时密度泛函理论,在考虑到自相互作用和自旋轨道耦合的情况下,研究表面卤素空位的性质。聚焦于两种不同终端表面上不同位置的卤素空位,分析A位阳离子和带电缺陷之间的静电相互作用以及导带底部铅原子的投影p轨道,明确电子激发的变化。研究指出,在特定的终端表面,电偶极性变化是激发态电子局域化的重要因素,原因在于电偶极子强化缺陷与载流子间的静电相互作用。A位阳离子种类的变化通常导致晶相的变化,在研究不同晶相的铅卤化物钙钛矿的电子陷阱后,发现缺陷表面电子陷阱的性质与晶相密切相关。通过对导带边缘铅原子的分波态密度和前线轨道进行分析,揭示光诱导电荷分布在不同晶相间差异的起源。这些结果为修复表面缺陷提供了新的策略,有助于提高钙钛矿太阳能电池的光电转换性能。3、rashba效应rashba效应是铅卤化物钙钛矿具有长载流子寿命的一个原因,这是由于中心反演对称性破缺和重金属原子的强自旋轨道耦合导致能带在动量空间发生劈裂。为了进一步探究晶相对钙钛矿太阳能电池性能的调控作用,使用包含自旋轨道耦合修正的密度泛函理论研究三维钙钛矿体相中rashba效应的大小和起源。通过比较rashba参数和晶格畸变参数之间的关系,建立不同晶相的八面体畸变与能带分裂的关联,为减弱电子空穴复合以提高载流子寿命提供新的思路。

关键词：铅卤化物钙钛矿密度泛函理论含时密度泛函理论缺陷态晶相 rashba效应自旋轨道耦合自相互作用修正

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二维层状钙钛矿中的rashba效应研究

二维层状钙钛矿中的Rashba效应研究

作者：谢镕镕湖南大学

学位级别：硕士

rashba效应作为自旋电子器件中产生、操控和探测自旋自由度的基本机制之一,在下一代自旋电子学中有着广泛的应用前景。此外,基于rashba效应的材料体系也为实现拓扑超导和量子信息处理提供了一个极具潜力的研究平台。目前在多种材料及异... 详细信息

rashba效应作为自旋电子器件中产生、操控和探测自旋自由度的基本机制之一,在下一代自旋电子学中有着广泛的应用前景。此外,基于rashba效应的材料体系也为实现拓扑超导和量子信息处理提供了一个极具潜力的研究平台。目前在多种材料及异质结体系中观测到了rashba自旋劈裂,其中金属卤化物钙钛矿材料由于其强的自旋轨道耦合（SOC）效应而有望成为一种新型的rashba材料,特别是二维层状钙钛矿材料因其具有天然的量子阱结构、更大程度的结构对称性破缺以及良好的稳定性,被认为是研究rashba效应的理想材料体系。然而,目前对于该体系中rashba效应的研究,大多采用传统的二维（2D）rashba模型来解释,相关研究聚焦于如何提高rashba自旋劈裂的程度,而很少有研究关注于rashba自旋劈裂的方向,因此对其rashba效应来源的微观机理仍不明确。除此之外,rashba效应与材料结构及其层数之间的依赖关系也尚不清晰。基于此,本论文以二维层状钙钛矿材料（AMP）(MA)Pb_nI(AMP=4-（aminomethyl）piperidinium;MA=methylammonium;n=1,2,3)为主要研究对象,系统研究了该体系中的rashba效应及其微观机理,并探索了其与层数之间的依赖关系。具体研究内容如下:（1）利用水溶液法成功制备了二维层状钙钛矿（AMP）Pb I,并在该钙钛矿中发现了显著的rashba效应。通过稳态变功率荧光（PL）光谱和瞬态动力学过程表征,发现该体系中的荧光双峰是由rashba效应引起的能带劈裂所致。利用变温PL光谱及圆偏振PL光谱观测到在（AMP）Pb I中存在较高的圆偏振度,进一步表明该体系中存在明显的rashba自旋劈裂,并阐明了其温度依赖性是由该体系中动态的结构对称性破缺(无机八面体[Pb I]晶格畸变)和结构对称性恢复（AMP有机分子结构重构）这两过程相互竞争所致。（2）基于密度泛函理论计算和分子动力学模拟系统研究了（AMP）Pb I中rashba效应的微观来源。研究结果从理论上进一步验证了实验上所观测到的rashba效应,并发现其rashba能带劈裂发生在三维（3D）方向上,表明该体系同时存在面内和面外结构对称性破缺,因此传统的二维rashba模型已不再适用,由此提出了三维rashba哈密顿量模型。通过对自旋极化的分析验证了该模型的合理性,并发现（AMP）Pb I中的rashba自旋劈裂主要由面外自旋极化分量所主导,而不是通常认为的面内自旋极化分量,表明该体系中存在很强的面内结构对称性破缺所致的晶体场。进一步,分子动力学模拟表明（AMP）Pb I中的rashba效应是静态rashba效应和动态rashba效应共同作用的结果,且零温以上的rashba效应主要由动态rashba效应所主导。（3）基于以上工作,进一步研究了二维层状钙钛矿（AMP）(MA)Pb_nI中rashba效应的层数依赖特性及其微观机理。通过水溶液法制备了（AMP）(MA)PbI（n=2）和（AMP）(MA)PbI（n=3）钙钛矿,利用变功率PL,变温PL以及圆偏振PL测试,证实了rashba效应的存在,但相比（AMP）Pb I（n=1）,其rashba能带劈裂程度要小得多。整个体系的rashba效应呈现出层数依赖性,即n=1存在最大的rashba能带劈裂,n=3次之,n=2最小。进一步通过理论计算,验证了实验上所观测到的层依赖性,同时（AMP）(MA)Pb_nI（n=2和n=3）体现出不同于（AMP）Pb I（n=1）的自旋劈裂行为,其自旋极化以面内自旋分量为主。

关键词：二维层状钙钛矿 rashba效应自旋轨道耦合效应自旋劈裂 3D rashba模型自旋极化

低维硫族化合物中的rashba效应及其非易失调控

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低维硫族化合物中的Rashba效应及其非易失调控

作者：黄鸿飞苏州科技大学

学位级别：硕士

自旋轨道耦合效应(SOC),主要包括两种类型:由体反演不对称诱导的Dresselhaus效应和由结构反演不对称诱导的rashba效应。在过去的几十年里,rashba效应和Dresselhaus效应在二维电子气、半导体、异质结构、金属表面等多种体系中被观察到。... 详细信息

自旋轨道耦合效应(SOC),主要包括两种类型:由体反演不对称诱导的Dresselhaus效应和由结构反演不对称诱导的rashba效应。在过去的几十年里,rashba效应和Dresselhaus效应在二维电子气、半导体、异质结构、金属表面等多种体系中被观察到。本论文我们主要关注薄膜材料中的rashba效应,随着纳米技术的发展以及器件小型化的需求,寻找低维或二维具有较强rashba效应的材料成为了自旋电子学领域一个重要的研究方向。已有的理论和实验结果表明施加外场或应变可以有效调控低维薄膜材料中的rashba效应,但对rashba效应的有效非易失调控的报道尚少。本文基于第一性原理计算,以Janus Mo SSe材料和rashba铁电薄膜Ge Te材料为例,通过与二维铁电材料Cu In PS和InSe薄膜构建异质结,实现了对单层Mo SSe薄膜rashba效应的开关和增强。同时,通过构建Ge Te/InSe异质结可以在非极性超薄Ge Te薄膜中诱导出较强的rashba效应,且本文中对rashba效应的调控都是非易失性的。我们对异质结中Mo SSe薄膜和Ge Te薄膜rashba效应的增强以及抑制的物理机制进行了仔细分析,分别从材料的电子结构、表面效应以及界面耦合作用等方面给出了明确解释,期待我们的研究结果可以为基于rashba效应超薄自旋电子器件的设计和应用提供理论支撑。我们的研究内容主要分为以下两个方面:第一、Cu In PS/Mo SSe/Cu In PS异质结中rashba效应及调控我们选取低维室温铁电材料Cu In PS与单层Janus Mo SSe构建异质结构,研究结果表明,Mo SSe/Cu In PS双层异质结只能实现对rashba效应产生微弱影响,且无法通过翻转Cu In PS铁电极化方向来调控rashba效应。而在Cu In PS/Mo SSe/Cu In PS三明治异质结中,可以通过对顶层铁电Cu In PS单层极化取向的非易失调控,实现rashba效应在价带顶Γ点附近位置的开启或关闭。我们发现三层异质结中Mo SSe的rashba系数相比独立Mo SSe单层增强一个数量级。进一步分析得到,rashba效应的增强是由于电荷从顶层Cu In PS薄膜向Mo SSe层或底部Cu In PS薄膜转移,Cu原子能带向价带顶移动导致了价带顶Γ点附近rashba自旋劈裂的消失。我们的结论是,构建Cu In PS/Mo SSe/Cu In PS三层结构异质结可以对中间层Mo SSe材料的rashba效应进行有效调控。第二、Ge Te多层膜及Ge Te/InSe异质结中的rashba效应铁电半导体Ge Te中的体rashba效应因其巨大的rashba系数而受到广泛关注。然而,Ge Te薄膜的rashba效应在临界厚度(d=2.1±0.5 nm)以下会消失。因为随着薄膜变薄,实验发现[Nano Lett.21,77(2021)]空间反演不对称性会消失,从而导致rashba效应消失。我们分别构建了非极性和极性Ge Te薄膜与铁电单层InSe薄膜形成的异质结,本论文我们仅考虑了界面为Ge原子与Se原子形成的强离子型相互作用的界面。计算结果表明,对非极性Ge Te薄膜,构建异质结可以使Ge Te薄膜中的rashba效应从无到有;对极性Ge Te薄膜与单层InSe构成的双层异质结,Ge Te薄膜中的rashba效应会得到增强,且通过外场翻转InSe层的自发极化指向Ge Te薄膜时,可以使Ge Te薄膜的rashba效应得到更进一步的增强。以上所有的rashba参数的变化均可以通过分析Ge Te薄膜的内偏置场的方向和强度得到解释。同时,我们给出了Γ点附近rashba自旋劈裂的自旋构型,并讨论了InSe铁电极化方向对自旋构型的影响。

关键词：低维材料 rashba效应非易失调控铁电异质结

PbTe／PbSrTe半导体非对称量子阱中的rashba效应

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物理学报 2008年第12期57卷 7865-7871页

作者：徐天宁吴惠桢隋成华浙江大学物理系杭州310027 浙江工业大学之江学院理学系杭州310024

窄带隙半导体异质结构的自旋效应最近受到了国际上的很大关注.Ⅳ-Ⅵ族半导体具有各向异性和多能谷的特征,因此可以预期rashba自旋效应在不同取向的Ⅳ-Ⅵ族半导体量子阱结构中存在显著差异.计算了多个取向的Pb1-y SryTe/PbTe/Pb1-x SrxT... 详细信息

窄带隙半导体异质结构的自旋效应最近受到了国际上的很大关注.Ⅳ-Ⅵ族半导体具有各向异性和多能谷的特征,因此可以预期rashba自旋效应在不同取向的Ⅳ-Ⅵ族半导体量子阱结构中存在显著差异.计算了多个取向的Pb1-y SryTe/PbTe/Pb1-x SrxTe非对称量子阱中的rashba分裂能,结果表明[100]取向的PbTe量子阱的rashba分裂能在阱宽为5.0nm时高达2.2meV,而沿其他两个主要方向([110],[111])生长的量子阱由于能谷的退简并存在两组rashba分裂能.给出了rashba自旋分裂能与量子阱非对称参量、阱宽、温度和波矢k∥的依赖关系.Ⅳ-Ⅵ族半导体非对称量子阱结构比Ⅲ-Ⅴ族半导体具有更大的rashba自旋分裂能,这一特点使得它在自旋电子器件领域可能具有潜在的应用价值.

关键词： Ⅳ-Ⅵ族半导体非对称量子阱 rashba效应自旋-轨道耦合分裂

rashba效应下量子点中束缚极化子的有效质量

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量子电子学报 2013年第3期30卷 367-372页

作者：赵翠兰戈君内蒙古民族大学物理与电子信息学院内蒙古通辽028043 呼伦贝尔学院物理与电子信息学院内蒙古呼伦贝尔021008

采用线性组合算符、LLP幺正变换和变分方法,研究rashba效应下量子点中强耦合束缚极化子有效质量的性质。对RbCl量子点数值计算的结果表明:极化子的振动频率、有效质量均随极化子速率、受限强度和库仑束缚势的增大而增大,原因是极化子速... 详细信息

采用线性组合算符、LLP幺正变换和变分方法,研究rashba效应下量子点中强耦合束缚极化子有效质量的性质。对RbCl量子点数值计算的结果表明:极化子的振动频率、有效质量均随极化子速率、受限强度和库仑束缚势的增大而增大,原因是极化子速率增大电子动能增加,库仑束缚势增大导致电子-声子间相互作用增强,受限强度增大使电子运动的有效范围减小导致电子能量增大,进而使极化子的振动频率和有效质量增大。受rashba自旋轨道相互作用的影响,极化子的有效质量发生劈裂,劈裂间距随极化子速率的增大而减小。

关键词：光电子学有效质量线性组合算符方法束缚极化子 rashba效应量子点