量子点体系中由自旋偏压调控的电子态和电子输运性质

本课题将选择几种典型的耦合量子点体系，研究存在自旋偏压条件下量子点局域回路中存在的各种物理问题,探讨由自旋偏压调控的耦合量子点体系的电子态以及电子输运特性，进而澄清自旋偏压在耦合量子点体系的电子输运过程中的角色。同时，从理论上考虑如何对耦合量子点体系中电子自旋态进行操控。 .自旋偏压的引入必然导致耦合量子点体系出现新的物理现象。如：由于利用自旋偏压可以调控量子点上的自旋取向，因此在此条件下量子点体系中的自旋阻塞将有新的物理图像，并值得深入探讨。.完成本课题的相关研究内容，可以比较完备地描述自旋偏压对耦合量子点体系中的电子及其自旋性质的影响，丰富量子输运及自旋电子学理论。另外，从理论上探讨所研究的耦合量子点体系的器件应用价值，如：自旋过滤，自旋分离等，可为相关实验工作提供理论依据。

本项目按照研究计划，选择量子点Aharonov-Bohm干涉器这一典型量子点结构，对其中由自旋偏压驱动的自旋积累和电子输运进行了探讨，并取得了一系列研究成果。主要研究内容包括：自旋偏压对耦合量子点体系中的电子和自旋运动情况的影响、自旋偏压驱动的耦合量子点体系中的自旋操控以及在量子点体系中如何实现自旋偏压强度的探测等等。在对上述问题的研究中取得了一系列成果，在国际SCI刊物上发表论文16篇，被国内外同行多次引用。取得的主要研究成果包括：（1）研究了在源电极中存有自旋偏压的情况下双量子点Aharonov-Bohm干涉器的电子输运特性。发现通过调控非共振通道中电子的运动，自旋偏压能够有效地驱动漏极中产生明显的电荷流和自旋流，而在共振通道的量子点内由自旋偏压诱导的的自旋积累也很显著。在源极和漏极间存在电压的情况下，发现通过调节电压可以有效地操控漏极中的电流和共振通道中量子点上的自旋积累。（2）借助单量子点Aharonov-Bohm干涉器结构，通过在源点极和漏电极中同时引入自旋偏压，讨论了量子点结构中的自旋积累情况。发现在合适磁通量的强度下，则该体系下自旋的电子的“费米能级”将向高能方向移动；而上自旋电子的“费米能级”将向低能方向移动。在该结构中，自旋偏压为自旋积累的实现提供了一个“费米窗”。根据这一结果，我们对多臂Aharonov-Bohm干涉器中由自旋偏压驱动的自旋积累特性进行了详细的研究。发现在该结构中不仅是Aharonov-Bohm效应而且是Aharonov-Bohm-Fano效应与自旋偏压的共同调节导致了量子点中的自旋积累。接下来，在非共振通道中引入量子点，发现由于非共振通道中量子点的存在，其能级的调节也为该结构中自旋积累的调节提供了新的方式。（3）探讨了自旋偏压的测量问题。考虑一个四终端的量子点环结构，并假定两个横的终端中存在自旋偏压，发现在该结构中如果引入局域的Rashba自旋轨道相互作用，自旋偏压能够驱动两个纵端产生明显的电流，并且振幅相似方向相反。通过这个结果，我们认为可以通过观察纵端的电荷流来判断横向终端的自旋偏压的性质，因此，这提供了一个电的但是实际的探测自旋偏压的方法。此外，我们选择一个单量子点结构，通过考虑两电极中存在温差，发现自旋偏压可以导致明显的热整流现象。鉴于热整流的结果，可以考虑在量子点结构中利用热学的方法来测量自旋偏压。