单分子磁体耦合超导电极体系的自旋极化输运

In molecular spintronics, the single-molecule magnet (SMM),characterized by a large spin and uniaxial anisotropy, has potential applications in storing and processing information, and much attention has been received in spin-dependent transport the molecule. The transport through SMM coupled with superconducting electrodes are still at their beginning stage. In this project, first of all we develop an efficient fourth-order quantum master equation to solve the transport through magnetic molecules with superconducting and magnetic leads, then theoretically study the current properties of electron transport through a SMM with the master equation approach. We put emphasis on the effects of the spin-exchange coupling, the magnetic anisotropy, the quantum tunneling of magnetization, the external magnetic field and the spin polarization of magnetic leads on Andreev refection and Josephson current. In our studies, we hope to clarify how to get the intrinsic information of the SMM from the current transition and discovery the new mechanism in the manipulation of spin-dependent transport. The above studies on transport through the SMM are significant for fundamental physics, and can provide the new ideas for the design of molecular spintronic devices.

在分子自旋电子学领域，由于在存储和处理信息方面有潜在的应用价值，磁各向异性大自旋的单分子磁体自旋输运受到很多关注。磁性分子耦合超导电极体系的电子输运研究处在早期阶段。在本项目中，我们将首先发展处理磁性分子和超导电极耦合体系电子输运的四阶量子主方程，然后运用此方法研究自旋交换作用，磁各向异性，量子隧穿磁化，外加磁场以及铁磁电极自旋极化等对Andreev反射和Josephson电流的影响，阐明如何从电流转变获得分子磁体本身的信息，提出磁性分子输运特性探测的新方案，揭示相关单分子磁体自旋相关输运调控的新机制。这些研究不仅对基础物理有着重要意义，而且也可为设计分子自旋器件提供新思路。

单分子磁体具有大自旋和磁各向异性结构，在存储和处理信息方面有潜在的应用价值，其自旋极化输运已被深入研究。当分子与铁磁和超导电极相耦合时， Andreev反射在电子输运中起到重要作用。在本项目中，我们主要研究磁性分子与耦合超导电极体系的自旋极化输运特性，主要结果如下： .（1）在超导能隙无限大近似下，我们运用量子主方程研究了单分子磁体耦合铁磁电极和超导电极体系的自旋极化输运，讨论了电流、微分电导、自旋流、电流极化率等输运性质。在存在交叉Andreev输运机制下，发现可以产生纯自旋流。.（2）在单分子磁体耦合一个铁磁和一个金属电极的隧穿结中，发现可以产生远大于铁磁电极极化率的自旋流，自旋流的方向和大小可以由偏压和门电压调节。因此，在分子自旋电子学领域，我们提出了一个基于单分子磁体的自旋注入器件。.（3）在含有自旋轨道耦合双量子点分子体系的电子全计数统计研究中，发现电极自旋极化率对噪声的超泊松分布以及高阶关联偏斜度和峭度的正负有较大的影响，会导致较大的负微分电导。此外，我们还发现通过高阶电流关联量，可以获取分子的自旋轨道耦合大小的参数信息。.（4）在量子点与一端正常电极和一端超导电极耦合体系中，研究了电极间温差驱动下的发热特性。在处于超导能隙深处的能级区域，发现发热为声子库与正常电极间温差产生的热传导能量。特别是，当正常电极作为热端时，一定参数下此能级区域会出现大的电流诱导的制冷效应。.以上研究结果可以加深人们对单分子的自旋极化超导输运机制理解，可以为分子器件的应用提供理论基础。