自旋泵浦理论和自旋塞贝克效应的理论研究

In the field of spintronics, the generation and detection of a spin current and spin-relevant effects have been an important research topic theoretically and experimentally for domestic and international experts. They are not only the hot topics of spintronic devices and information technology, but put forward a good platform for spin transport. We will investigate the systems of ferromagnet|paramagnetic metal and ferromagnet|quantum dot (molecular magnet)|paramagnetic metal in the project. Firstly, we will develop the theory of paramagnetic spin pumping when a ferromagnetic state turns into a paramagnetic state with the temperature over the phase transition temperature(for example La2NiMnO6). Secondly, we will extend the low-frequency-excited spin pumping theory from ferromagnet into the paramagnetic metal into a high-frequency-excited spin-pumping theory, in turn, study the spin injection and detection under the non-adiabatic approximation. Thirdly, we will develop spin-pumping theory when the intrinsic parameters in the quantum dots or molecular magnet are taken into account. Finally, we will investigate the theory of spin Seebeck effect, a theory of the spin current and the heat current, when the spin accumulation effect is included.

在自旋电子学领域，自旋流的产生、探测和与自旋相关效应的研究一直是国内外专家研究的重要课题，在实验和理论上都备受关注。它们不仅是自旋电子器件和信息技术领域的研究热点，而且也是研究自旋输运的很好平台。本项目以铁磁体|顺磁金属或者铁磁体|量子点（单分子磁体）|顺磁金属为研究系统。首先，研究当温度超过铁磁相变温度时系统由铁磁态转变为顺磁态时（如La2NiMnO6），其在顺磁态下的自旋泵浦机理。其次，推广在低频激发场下的自旋泵浦理论到高频激发场并研究在非绝热近似下的自旋流注入理论和探测；再次，建立关于通过铁磁体|量子点（单分子磁体）|顺磁金属系统的自旋泵浦理论，特别是考虑量子点（单分子磁体）内部参数对自旋泵浦理论的效应；最后，当考虑自旋累积效应时，研究与自旋流相关的热效应-自旋塞贝克效应。

在固体系统中基于自旋自由度的控制和操纵产生的自旋电子学领域受到国内专家的密切关注。其中，产生、操纵和测量自旋流成为了自旋电子学领域研究的一个重要热点课题。在顺磁态自旋泵浦机理中，开展了磁关联长度随温度的依赖性，发现自旋泵浦流与磁关联长度呈正比，进而给出了顺磁态下自旋泵浦对于温度的依赖，并考虑了注入自旋流对于电子顺磁共振频率和共振展宽的影响以及注入自旋流形成的自旋累积效应对于自旋泵浦的影响。在铁磁体|顺磁金属构成的圆盘形双层膜系统中，施加垂直于界面的磁场，沿盘面的激发场可以泵浦自旋流从铁磁体进入顺磁金属，由于逆自旋霍尔效应，发现系统中不存在直流电压，只存在交流电压。通过沿不同方向的测量可以区分逆自旋霍尔效应诱致的交流电压和激发磁场自身诱致的交流电压。在非绝热近似下的自旋泵浦理论中，发展了非绝热近似下的自旋泵浦理论，确立了注入自旋流对于磁化动力学的影响，建立了顺磁金属中形成的自旋累积的动力学理论。在量子点系统的泵浦理论中，开展了电子自旋共振泵浦自旋和电荷流的研究，并研究了自旋流和电荷流得噪声关联。在非马尔科夫情况下，发展了自旋分辨的全计数统计。对于对称的自旋向上和自旋向下隧穿率，电子自旋共振诱致的自旋反转产生了纯自旋流。自旋载流子的随机隧穿在电荷和自旋流中都能产生散粒噪声。在非对称的自旋向上和自旋向下隧穿情况下，发现在负的交叉关联存在时可以观察到超泊松自关联这一反常关系。在双量子点系统中，考虑电子与核自旋相互作用对输运性质的影响。发现双量子点输运系统在整个外磁场调制范围内系统都呈现了超泊松噪声；随着非弹隧穿率的增加，在强核随机场情况下，平均电流增加而Fano因子和偏斜度减小。在自旋塞贝克效应中，发现注入自旋流形成的自旋累积减小了自旋塞贝克效应以及表面自旋波在自旋塞贝克效应中所占的比重也较大。这些结果对于自旋电子学中自旋流的产生、测量及预测相关参数有重要意义。