准一维半导体纳米器件中自旋输运性质的理论研究

最近人们越来越重视以自旋为基础的电子学器件，研究低维半导体纳米器件中电子自旋相关输运性质对于自旋电子学器件的开发与应用有着重要的理论指导意义。本项目采用非平衡格林函数方法研究准一维半导体纳米器件中自旋极化电子的输运性质。研究自旋轨道耦合、杂质和电子间互作用等因素对器件自旋输运性质的影响，探求分数量子化电导结构的物理机制；研究强关联互作用对低维半导体纳米器件中自旋相关散粒噪声的影响；理论上构造切实可行的纳米尺度的自旋电子器件。通过研究我们主要期望探求强关联互作用对准一维半导体纳米器件中自旋输运性质的影响，揭示和解释其中的新效应和新现象，为真实的自旋量子器件的设计和应用提供理论依据。

由于在纳米器件中的潜在应用价值，自旋电子学成为凝聚态物理和材料科学领域中最受关注的研究前沿之一，研究低维半导体纳米器件中电子自旋相关输运性质对于自旋电子学器件的开发与应用有着重要的理论指导意义。本项目的主要目的是研究杂质、电子-电子互作用和自旋轨道耦合对准一维半导体纳米器件中自旋极化电子的输运性质的影响。通过项目组成员的四年努力工作，已基本完成项目计划内容。主要利用非平衡格林函数方法和传递矩阵理论研究了准一维纳米带、石墨烯-硅烯-石墨烯异质结、半导体量子点接触、量子点、量子环以及准一维弧形量子波导中的输运性质。利用非平衡格林函数方法研究了垂直电场对硅烯纳米带的电子态以及自旋极化输运性质的影响；研究了处于量子自旋霍尔效应状态下的硅烯纳米带中边缘态和体态间的相互作用；利用Hartree-Fock近似研究了电子-电子之间的相互作用对鞍形量子点接触中的电子输运性质的影响,得到了散粒噪声性质和电导0.7结构；研究了微波场作用下多量子点和拓扑超导体的含时输运性质。利用传递矩阵理论研究了拓扑绝缘体表面电磁势垒的电流-电压特性；研究了石墨烯非对称费米速度调制结构以及电磁场调制的拓扑绝缘体表面态中的散粒噪声性质。采用量子网络的方法，求解了Rashba 自旋轨道相互作用下的正多边形量子环的自旋极化输运性质；提出了基于Dresselhaus自旋轨道耦合作用下边数任意的正多边形量子环自旋输运计算的理论方法。这些研究将为新型自旋电子学器件的设计与制造提供理论依据。项目执行期间共发表SCI收录学术论文24篇，培养获博士学位研究生2名，获硕士学位研究生8名，目前在读博士研究生3名，在读硕士研究生4名。