含Rashba自旋轨道耦合效应的非均匀量子线的极化输运性质

工 技术 的需要 ． 通过 对 电子 电荷 和电子 自旋 性质 的
０ 引 目
量 子力 学告 诉人 们 。 电子 除 了质 量 和 电荷 以外 还 有 另一 个 重要 属 性 ． 是 自旋ｌ 】由于现 代 微 加 就 ｌ． ＿ ３
收稿 日期 ：０ ２ ０ — ９ ２ １— ３ ２
研究 ， 促进 了电子学 及信 息技 术有 机结 合并 逐渐 形
Ｊ ｎ ２ １ ｕ ．０ ２
文章 编 号 ：０ ５ ３ ４ （ ０ ２ ０ — ０ １ ０ ２ ９ — ０ ６ ２ １ ）３ ０ ８ — ５
含 Ｒ ｓｂ ａ ｈ ａ自旋轨道耦合效应 的 非均匀量子线 的极化输运性质
徐 中辉 ， 肖贤波 ２
（． 西 理 工 大 学 信 息 工 程 学 院， 西 赣 州 ３ １０ ２ 江 西 中医 学 院 计算 机 学 院， 昌 ３ ０ ０ ） １ 江 江 ４ ０ ０；． 南 ３ ０ ４
ｉ ｔｒｄｅ ｉｅ ｗｉｈ ｕ ｏ ａｎ ｎｇ ａ ｇ ｔｃ ｍａｅ ｉｌ ｒａ ｐ ｙ ｎ ｇ ｅ ｉ ｌ ｆｌｅ ｖ ｃ ｔ ｏ ｔｃ ｎｔｉ ｉ ｎｙ ｍａ ｎｅｉ ｔ ｒａｓ ｏ ｐ ｌ ｉ ｇ ａ ｍａ ｎ ｔｃ ｆｅｄ． ｉ Ｋｅ ｒ ｓ： ｕａ ｔ ｍ ｒ ；ｓ ｉ －ｐ ｌｒｚ ｄ ｔａ ｐｏ ｔ ｐ ｎ ｒ ｉ ｏ ｐ ｉ ｇ ｙ ｗｏ ｄ ｑ ｎ ｕ ｗｉｅ ｐ ｎ ｏ ａ ｉｅ ｒ ｎｓ ｒ；ｓ ｉ －ｏ ｂ ｔｃ ｕ ｌｎ
文 中采 用递 归格 林 函数 方 法研 究 了含 Ｒ ｓｂ ａｈ ａ
Ｂ ｔｋ ｒ６ 式 给 出． ｕｔ ｅ￣公 ｉ １ 根据 非 平 衡 格林 函数 ， 终 两 端 系统包 含 自旋 的电导 为 Ｇｒ＝ ｔ ｅ ｏ ＂ Ｇ Ｇ］ ａ
，
Ｓ Ｃ的 窄一 一 形 量 子 线 的 自旋 极 化 输 运 性 质 ． Ｏ 宽 窄
ｓｒ ｃｕ ｅ ｉ ｄ ｃ ｄ Ｆ ｎ ｅ ｏ ａ ｃ ．Ｆ ｒ ｅ ｍｏ ｅ ｈ ｇ ｉ ｄ ｆ ｔ ｅ ｓ ｉ ｏ ａ ｚ ｔ ｎ ｃ ｎ ｂ ｕ ｅ ｙ ｔ ｅ ｔ ｔ ｒ — ｎ ｕ ｅ ａ ｏ ｒ ｓ ｎ ｎ ｅ ｕ ｈ ｒ ｒ ，ｔ ｅ ｍａ ｎ ｔ ｅ ｏ ｈ ｐ ｎ ｐ ｌｒ ａｉ ａ ｅ ｔ ｎ ｄ ｂ ｈ ｕ ｔ ｕ ｉ ｏ Ｒａ ｈ ａ Ｓ ｔｅ ｇｈ ａ ｄ ｓｒ ｃｕ ａ ａ ａ ｔ ｒ ， ｈ ｓ ｅ ｕ ｔ ｙ ｐ ｏ ｉ ｅ ａ ｆ ｃｉ ｅ ｗ ｙ ｔ ｅ ｉ ｎ ａ ｓ ｉ ｓ ｂ ＯＣ ｓ ｎ ｔ ｎ ｔ ｔ ｒ ｌｐ ｒ ｍｅｅ ｓ Ｔ ｏ ｅ ｒ ｓ ｌ ｍａ ｒ ｖ ｄ ｎ ｅｆ ｔ ａ ｏ ｄ ｓｇ ｐ ｎ ｒ ｕ ｓ ｅ ｖ
文 献标志 码 ： Ａ
Ｄｌ ｎ—Ｄ０ｌ ｌ ｅ ｔ ａｎｓ ａｒ Ｚ ｄ ｒ ｏｏｒ ｎ ｔ ｉ ａ ｎｏｎｕｎｉ ０ｒ ｔ ｍ ｑｕａｎｔ ｕｍ ｒ ｉ ｌ ｗｉ ｅ ｗ ｔｌ
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Ｒａ ｈ ｐｉ ｓ ｂａ ｓ ｎ－ｏ ｂ ｔｃ ｕｐ ｉ ｇ ｒ ｉ ｏ ｌｎ
图 １ 窄一宽 一 形 量 子 线 的 结 构 图 窄
利用 离散 化方 法 可 以得 到含 有 Ｓ Ｃ的二 维 离 Ｏ
自从 １ ９ ９ ０年 Ｄ ｔ ａ ａ和 Ｄ ｓ 出 自旋场 效 应 晶 ｔ ａ提 体 管ｌ和 在实 验 上 实 现用 电场 来 调节 半 导 体 二 维 ｌ ２ １ 电子气 中 Ｒ ｓｂ ａｈ ａ自旋轨 道耦合 的强度口 ． ３各种 低维 １ 纳米 结 构 中 的 自旋轨 道 耦合 效 应 得 到 了广 泛 的关 注． 近 ， ｉｏ 人㈣研 究 了在含 Ｒ ｓｂ 最 Ｘａ 等 ａｈ ａ自旋 轨道 耦合 的 台阶形量 子线 中的 自旋极 化输 运性 质 ， 结果 发 现 当 自旋 非极 化 电子从 窄 的导 线 透 射 到宽 的 导 线 时 白旋 电导 有很 大 的值 。 是 自旋非 极化 电子从 但 宽 的 导线 透 射 到窄 的导线 时 自旋 电导 被很 强 的 抑
ｍ ｄ ｌ ｉｎｏ ａｈ ａｓ ｉ－ ｒｉｃｕ ｌ ｇ （Ｏ ）ｉ ｉｖ ｓｇｔｄｖａｔｅｓｉ－ｅｏｖｄｌｔｃ ｒｅ ｎ ｔ ｎ ｏ ｕａ ｏ ｆ Ｒ ｓｂ ｎ ｏｂｔ ｏ ｐｉ ｔ ｐ ｎ Ｓ Ｃ ｓ ｎ ｅｔ ａ ｉ ｈ ｐｎ ｒｓｌｅ ｔ ｅＧ ｅｎｆ ｃｉ ｉ ｅ ａｉ ｕ ｏ
２ Ｓｈ ｏ ｏ ｏ ｐ ｔｒＪ ｎｘ ｎｖｒｉ ｆ ｒｄｔ ｎ ｌ ｈｎｓ ｄｃｎ ， ａ ｃａｇ３０ ０ ， ｈｎ） ． ｃｏｌ ｆ ｍ ｕｅ，ｉ ｇｉ ｉｅｓｙｏ ａｉｏａ ｉｅｅＭｅｉｉｅ Ｎ ｎ ｈｎ ３０ ４ Ｃ ｉａ Ｃ ａ Ｕ ｔ Ｔ ｉ Ｃ
Ａ ｓｒｃ： ｈ ｐｎ ｐ ｌ ｚｄ ｅ ｃ ｏ ｒｎｐ ｒ ｆ ａ ｏ － ｉｅ ａ ｏ （ ＷＮ ｑ ａｔｍ ｗ ｒ ｕ ｄ ｒｔｅ ｂ ｔａ ｔ Ｔ ｅｓｉ－ ｏ ｒ ｅ ｌ ｔ ｎｔ ｓｏ ｏ ａｎ ｒ ｗ ｗ ｄ －ｎｒ ｗ Ｎ ） ｕ ｎｕ ｉ ｎ ｅ ａ ｉ ｅｒ ａ ｔ ｒ ｒ ｅ ｈ
成 了一 门新 型学 科 即 自旋 电子 学． 年来 。 近 随着 纳 米 技 术 的不 断 进 步大 大促 进 了低 维半 导 体纳 米 结
构 的研究 ， 据不 同性 能要求 人们设 计 了很 多纳 米 根
基金项目： 国家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目（１４ １ ６； 西 省 教 育 厅 科 技 资 助项 目（Ｊ１ ３５ ； 西 理 工 大 学科 研 基金 项 目计 ￣ （ ｘ １０ ６ １ １ ７５ ）江 Ｇ Ｊ ２ ５）江 ｊ ｊ １５ ） ｘ
制 甚至消 失． 主要 原 因是 系统 在不 同 的偏 压下 有 其 不 同 的电子 局域态 密度 ． 此外 ． 准一 维 Ｒ ｓｂ 量 子 ａｈ ａ
散 系统 的紧束缚 哈 密顿量 【． ｌ ５ Ｊ
日 ∑ ｃ ｃ 一 一 。 ｔ ｔ ｃ ＋ ： Ｍ ∑｛ ＋
ｌ － ｍｏ Ｉ ＂ ｍｏ
ｌｒ ｅ ｖ ｒｉ ａ ｐｉ ａ ｇ ｅ ｃ ｌ ｓ ｎ－ｐ ｌｒｚ ｄ ｕ ｅ ｔ ｃ ｎ ｅ ｅ ｒ ｔ ｄ ｂ ｈ ｔ ｏ ａ ｉｅ ｃ ｒ ｎ ａ ｂ ｇ ｎｅ ａｅ ｙ ｔ ｅ ＳＯＣ－ ｎ ｃ ｄ ｆｅ ｔｖ ｇ ｅ ｉ ｅ ｄ ａ ｔ ｅ ｉ ｄｕ ｅ ｅｆ ｃｉ ｅ ｍａ ｎ ｔｃ ｆ ｌ ｔ ｈ ｉ
ｍｅ ｈ ｄ Ｔ ｅ ｉｆｕ ｎ ｅ ｏ ｏ ｈ ｔ ｅ ｓｒ ｃｕ ｅ ｏ ｅ ｑ ａ ｔ ｍ ｉｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｉ ｔ ｒ ｒ ｎ ｅ ｂ ｔ ｅ ｉ ｅ ｅ ｔ ａ ｒ ｆ ｔ ｏ ． ｈ ｎ ｌ ｅ ｃ ｆｂ ｔ ｈ ｔｕ ｔ ｒ ｆｔ ｕ ｎ ｕ ｗ ｒ ｎ ｈ ｎ ｅ ｆ ｅ ｃ ｅｗｅ ｎ ｄ ｆ ｒ ｎ ｉ ｏ ｈ ｅ ｆ ｐ ｓ ｓ ｂ ａ ｄ ｎ ｔ ｅ ｓ ｉ ｏ ａ ｉｅ ｌ ｃｒ ｎ ｔ ｎ ｐ ｒ ｉ ｔ ｋ ｎ ｉ ｔ ｃ ｏ ｎ ｉ ｌ ｎ ｏ ｓ ． ｔｉ ｏ ｎ ｈ ｔａ ｖ ｒ ｕ ｂ ｎ ｓ ｏ ｈ ｐ ｎ ｐ ｌ ｒ ｄ ｅｅ ｔ ｒ ｓ ｏｔ ｓ ａ ｅ ｎ ｏ ａ ｃ ｕ ｔｓｍｕ ｔ ｅ ｕ ｌ Ｉ ｓ ｆ ｕ ｄ ｔ ａ ｅ ｙ ｚ ｏ ａ ａ ｙ
之 间的 势 能 ， ａ和 ｍ 分 别 为 电 子 的 晶 格 常数 和 有 效 质量 ．＝ｄ ａ 示 Ｒａｈ ａＳ Ｃ的大 小 ． ｔｃ２ 表 ｓｂ Ｏ 在 弹道输 运 中 ．系统 的电导 可 以由 Ｌ ｎ ａ ｅ— ａ ｄ ｕ ｒ
线 的 自旋极 化输 运性 质也得 到 了研究 ， 结果 表 明在 强 Ｒ ｓｂ ａｈ ａ自旋 轨 道耦 合 下 ，ａｈ ａ子带 混 合 使 得 Ｒ ｓｂ 自旋 电导强 烈依赖 电子 的入 射能量 ．
第 ３ 卷 第３ ３ 期
２１ ０ ２年 ６月
江 西 理 工 大学学报
Ｊｕ ｎ ｌ ｆ ｉｎ ｘ Ｕ ｉｅｓｔ ｏ Ｓ ｉｎ ｅａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｒａ ａ ｇ ｉ ｎｖ ｒｉ ｆ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏＪ ｙ
Ｖｏ ３ ， ｏ３ Ｌ ３ Ｎ ．
息存 储和 处理 以及量 子计 算 的兴趣 ， 尤其 是量 子 点
系 统 的 电子相 干 输运 问题 ． 外 ， 周 期性 的 电势 另 在 调 节 下量 子 线 或者 含 周期 性 结构 的量 子线 中 出现
２
小 的带 隙和 小 的能 带 而且 在 磁 场 的调 制下 系 统 的
电导重新 出现量子来自百度文库化 台阶结 构【． ” 】
得 到极化 率较 大的 自旋 极化 电流 ，而且其 大 小可 由 自旋轨 道耦 合 强度及 系统的 结构 参数 共 同调
节． 些效应说 明所研 究的 体 系也 许 能用 来设计 自旋 过 滤器件 ． 这
关键 词 ： 子 线 ： 量 自旋 极 化 输 运 ； 自旋 轨 道 耦 合
中图分 类号 ： １ ． Ｏ４ ３１
同时考虑 了系统 的几何 结构 和 不 同 Ｒ ｓｂ 子 带 的 ａｈ ａ
Ｐ（ ｑ）
（） ２
这 １）［ 里Ｉ ＝∑ 一 Ｐ 幻 ∑。】 ， ∑ ：∑。） （ 是
Ｐ（ ｇ） Ｐ ） Ｐ（ ｇ）
ＸＵ Ｚｈｏ ｎｇ－ ｈｕｉ ，ＸＩ ＡＯ ａ Ｘｉ ｎ－ｂｏ
（ ． ｈ ｏ ｆ ｎｏｍａ ｏ ｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｊａ ｇ ｉ ｎｖ ｒｉ ｆ ｃ ｎ ｅａ ｄＴ ｃ ｎ ｌｇ ， ａ ｚ ｏ ４ ０ ０ Ｃ ｉ ａ １Ｓ ｏ ｌ ｆｒ ｔ ｎ Ｅ ｇｎ ｅｉ ，ｉ ｘ ｉｅｓ ｙｏ ｉ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏｙ Ｇ ｎ ｈ ｕ３ １ ０ ， ｈｎ ； ｃ ｏＩ ｉ ｎ ｎ Ｕ ｔ Ｓｅ
１ 十 十
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１ 十
ｆ ｃ ｍ ｃ ｆ
ｈ ｏ ｎ－
（） １
这 里 ｃ （ ） （ 格 点 自旋 为 的产 生 （ 灭 ） ｃ 是 １ ｍ） 湮 算符 ，ｔ ＝ ｔ 晶格 的格 点能量 ， ｈ／ｍ＊ 为格 点 ｅ． ４ 是 ￣ ｔ Ｚ ａ ＝ ２ ｚ
摘 要 ： 用递 归格 林 函数 法研 究 了含 Ｒａ ｂ 采 ｓ ａ自旋轨 道 耦 合 （ ｉ — ｒｉ ｃ ｕ ｈ ｇ， ｈ ｓ ｎ ｏｂｔ ｏ ｐ ｎ Ｓ ） 窄一 ｐ ＯＣ 的
宽一 窄形 量子 线的 自旋极 化 输运 性质 ．同时考 虑 了体 系的结构 和 不 同 Ｒａ ｂ 子 带的 混合 对 电子 ．ｈ ａ ｓ 输 运性 质 的影 响 ． 结果表 明 当 电子 的入 射 能 量 处在 结构 引起 的 Ｆ ｎ ａｏ共振 点 时 ， 能在 出射 端 电极
作者简介： 中辉 （９ ２ ）男 ， 徐 １８ 一 ， 在读博士 ， 讲师 ， 主要从事低关联系统电子输运行为等方面 的研究 ，— ａ ｌ ｇｉｅ ６ ． ｍ Ｅ ｍ ｉ ｏ ｘ ｔ ＠１ ３ ｏ ． ｈ ｎ ｓｒ ｅ
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江西理 工 大学 学报
２１ ０ ２年 ６月
结 构 和半 导体 电子 器 件， 比如 Ｔ型 电子 波 导【 、 ４ 量 － 团 子线 、 二维 电子 气【 ９ Ｊ 子环㈣等 ． 和量 这些研 究 很好 地激 发 了人们 对 构造 新 型 电子 器 件 应用 于 量 子信