基于分子量子点的自旋输运理论研究

自旋电子学是开发自旋自由度应用的一门新型学科，其中以分子量子点为基础的分子自旋电子学, 最近引起了人们的极大兴趣。分子量子点参数的易控性使得大量的量子效应得以用人工的方法加以控制实现，这无论对基础研究还是对潜在的应用都有着重要的价值。本项目拟研究的主要内容包括：（1），研究分子量子点机械振动、内部声子模激发及各种多体效应等相关的自旋输运理论，通过调控分子的各种关联从而达到改善自旋极化度、操控自旋输运的目的或利用自旋阻塞等相关自旋机制来调控机械运动。（2），研究大自旋磁性分子内部的磁各向异性相关的自旋极化输运特性，从而在理论上设计出以磁性分子为基元的数据储存和读写方案。（3），研究大自旋磁性分子内部的磁化量子隧穿相关的输运性质，特别是涉及Kondo效应和Berry phase等相关的基础理论。我们试图在理论上丰富自旋电子学的同时探索一些新颖的输运性质，为自旋电子器件的设计提供新思路。

低维量子系统中的电子输运特性是凝聚态物理研究的重要领域，特别是以电子自旋为基础的自旋电子学的研究更是成为研究的热点。我们主要以分子量子点隧道结为研究对象，阐述了量子点的机械振动、内部声子模激发、电子-电子互作用以及磁性分子内禀自旋对自旋输运的影响，揭示了不同微观物理机制在自旋输运中的作用。 我们实现了多种量子效应，比如自旋阻塞，库仑阻塞，近藤效应，shuttlle 输运，自旋量子隧穿等，这些量子效应的存在显著甚至决定性地影响着自旋输运特性。我们采用包括外加电场、磁场、光及热电等各种方法，从多个方面来改变各种不同的微观机制，从而达到调控和改善自旋输运的目的。反过来，我们也可以通过对电子输运特性和热电系数的测量来间接地探测声子模激发频率、磁性分子内部各向异性磁参数及隧穿耦合参数等。另外，我们还对石墨烯体系中的狄拉克电子的输运特性做了深入的研究，重点阐述了类霍尔效应和P-N结构中的电子输运特性。这些研究是自旋电子学的基础研究，研究结果不但能丰富自旋电子学的基础理论，而且对以自旋为基础的数据储存和读写方案提供有力的依据，为自旋电子器件的设计提供新思路。