含时外场调控下量子点复合系统自旋相关输运特性的研究

量子点作为可精确调控的低维量子体系，能够利用含时外场对其中电子自旋进行操纵，并通过测量输运特性来探测电子自旋的信息，因而成为最具希望实现量子比特和固态量子信息处理的平台。本项目拟在前期研究基础上，结合最新实验进展，采用非平衡态格林函数理论和量子主方程等方法，研究含时外场对量子点复合系统（耦合量子点或量子点Aharonov-Bohm环等）中自旋流、自旋极化电流、Andreev反射、超流及其0-π相位转变等输运特性的调控，并进一步研究电子-电子关联和自旋-轨道耦合等相互作用对上述自旋相关输运特性的影响。本项目目标是，通过建立物理模型，发展理论方法，揭示含时电场或磁场引起的脉冲偏压、光子辅助隧穿、光子-电子泵、自旋翻转和自旋泵等效应对量子输运特性调控的物理机制，阐明电子-电子关联和自旋-轨道耦合等相互作用所引发新效应的物理本质，为设计新型自旋电子学器件和实现量子信息处理等提供理论依据。

量子点作为可精确调控的低维量子体系，能够利用含时外场对其中电子自旋进行操纵，并通过测量输运特性来探测电子自旋的信息，因而成为最具希望实现量子比特和固态量子信息处理的平台。本项目前期研究基础上，结合最新实验进展，研究了含时外场对耦合量子点或量子点Aharonov-Bohm(AB)环等系统中中自旋流、自旋极化电流、Andreev 反射等输运特性的调控，并进一步研究了自旋-轨道耦合等相互作用对上述自旋相关输运特性的影响。主要研究内容为：.1. 研究了在偏振光照射下，单量子点中的自旋极化Andreev反射和自旋积累效应。由于光学泵浦效应，Andreev反射电流产生自旋极化，并且量子点内产生了自旋积累效应。这提供了一种有效的机制来调节Andreev反射和自旋积累效应。2. 提出了一种能够在双量子点体系同时实现自旋泵浦和自旋筛效应的机制。在恒定Zeeman劈裂和振荡自旋轨道耦合作用下，通过调节量子点能级可以获得自旋极化的泵浦电流以及纯自旋流。3. 研究了嵌入在AB干涉仪中单量子点的Andreev反射和自旋累积效应。由于自旋轨道作用产生自旋依赖相位，量子点中出现了自旋累积，以及自旋极化的Andreev反射电流。4. 研究了双量子点系统和铁磁性电极连接时的泵浦电流效应。当两端电极是磁化方向反平行的铁磁电极时，可以产生纯自旋流。当只有一端电极具有铁磁性时，泵浦电荷流和自旋流同时产生，二者以相反的方向流动。5. 研究了交变电场下单量子点AB干涉仪中的量子泵浦效应。在光子辅助隧穿和磁通导致的系统对称性破缺共同作用下，量子点中产生泵浦电流。进一步考虑自旋轨道相互耦合作用时，系统中产生纯自旋流。6. 研究了外加交变电场下平行耦合双量子点系统的输运特性。由于光子辅助隧穿，该系统在零偏压下产生泵浦电流。此外，当考虑Rashba自旋轨道相互耦合时，由于自旋相位不为零，系统中会产生纯自旋流。. 本项目通过建立物理模型，发展了含时外场下量子输运的理论方法，探索了含时电场或磁场引起的光子辅助隧穿、自旋翻转、电荷与自旋泵浦等效应对量子输运特性调控的物理机制，阐明了自旋-轨道耦合等相互作用所引发新效应的物理本质，为设计新型自旋电子学器件和实现量子信息处理等提供了理论依据。