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自旋半導(dǎo)體
自旋半導(dǎo)體
自旋半導(dǎo)體(自旋半導(dǎo)體)
目錄 簡(jiǎn)介 有關(guān)信息 最新進(jìn)展 簡(jiǎn)介顧名思義，利用電子的自旋來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、傳輸和計(jì)算的半導(dǎo)體我們稱為自 旋半導(dǎo)體，研究自旋半導(dǎo)體的科學(xué)叫做自旋電子學(xué)。自旋是電子的內(nèi)稟性質(zhì)，是純量子效應(yīng)，并且電子之間的自旋耦合方式和物質(zhì)的磁性有密切關(guān)系，所以自旋半導(dǎo)體多是用摻雜磁性物質(zhì)的半導(dǎo)體來(lái)制作的，使用磁場(chǎng)來(lái)控制自旋電流的極化和輸運(yùn)。由于電子自旋的極化和輸運(yùn)需要非常少的電流來(lái)控制，并且自旋反轉(zhuǎn)是瞬間完成的，所以自旋半導(dǎo)體器件具有極低的功耗和極快的反應(yīng)時(shí)間，是下一代存儲(chǔ)器的最有希望的備選技術(shù)。
有關(guān)信息自選半導(dǎo)體是近年來(lái)飛速發(fā)展的前沿學(xué)科領(lǐng)域之一。自旋軌道耦合是影響常見(jiàn)的半導(dǎo)體材料自旋調(diào)控和弛豫的重要物理機(jī)理，因此是半導(dǎo)體自旋電子學(xué)器件應(yīng)用必須考慮的關(guān)鍵因素。近年來(lái)，國(guó)際上關(guān)于半導(dǎo)體中自旋軌道耦合引致的各種新奇的物理現(xiàn)象并取得了許多重要的.進(jìn)展，如本征自旋Hall效應(yīng)等。這些研究為在半導(dǎo)體中產(chǎn)生自旋流提供了新的途徑，并為未來(lái)的全電操縱的自旋電子學(xué)器件提供了物理基礎(chǔ)。但是，在這些工作中大多分別獨(dú)立地研究導(dǎo)帶電子或價(jià)帶空穴，相互之間不存在耦合，自旋軌道耦合恰恰是來(lái)自這種導(dǎo)帶－價(jià)帶的耦合。如果微擾地計(jì)入導(dǎo)帶－價(jià)帶耦合就可以得到目前國(guó)際上廣泛使用的Rashba自旋軌道耦合的哈密頓。
最新進(jìn)展近日，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所的常凱研究員，博士生楊文基于多帶的有效質(zhì)量理論，研究了窄禁帶半導(dǎo)體量子阱 自旋半導(dǎo)體中的自旋軌道耦合，發(fā)現(xiàn)自旋劈裂隨電子波矢的增加而呈現(xiàn)強(qiáng)烈的非線性關(guān)系。他們建立的新模型能夠很好地描述非線性行為，并給出了非線性起源的物理圖像。最近，他們同與美國(guó)斯坦福大學(xué)張守晟教授合作，研究了窄禁帶半導(dǎo)體量子阱中的自旋Hall效應(yīng)。他們基于多帶有效質(zhì)量理論，采用Green函數(shù)方法，考慮到雜質(zhì)散射的頂角修正，建立了關(guān)于n型和p型半導(dǎo)體中自旋霍爾效應(yīng)的統(tǒng)一的理論框架。該理論可以很好地處理強(qiáng)導(dǎo)帶－價(jià)帶耦合情形，即窄禁帶半導(dǎo)體量子阱情形。他們發(fā)現(xiàn)利用外加電場(chǎng)和量子阱寬度可以在窄禁帶半導(dǎo)體量子阱中引致量子相變，從而實(shí)現(xiàn)本征自旋Hall效應(yīng)的開(kāi)關(guān)。這種開(kāi)關(guān)效應(yīng)可能會(huì)被用來(lái)驗(yàn)證本征自旋霍爾效應(yīng)的存在。該系列的最新研究工作得到了國(guó)家基金委杰出青年基金和科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程項(xiàng)目的支持。并以“IntrinsicSpinHallEffectInducedbyQuantumPhaseTransitionsinHgCdTeQuantumWells”為題發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》PRL,100,056602(2008)上。這些工作引起了德國(guó)Wurzburg大學(xué)實(shí)驗(yàn)小組的強(qiáng)烈興趣，相關(guān)實(shí)驗(yàn)工作正在進(jìn)行中。
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