二维自旋轨道耦合电子系统中持续自旋螺旋态稳定性的研究

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自旋电子学是凝聚态物理学中一个非常活跃的研究领域,其研究对象为电子的自旋自由度,目标是对电子自旋进行积极的操控,发展利用电子自旋属性工作的自旋电子学器件。在实现自旋电子学器件过程中有个非常重要的问题,即如何延长电子自旋极化的驰豫时间,使自旋状态能够保持到完成指定的操作之前不发生变化。最近Bernevig等人从理论上预言,对于Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合常数相等的模型,或者[110]型Dresselhaus模型,存在着一种新型SU(2)自旋旋转对称性,这种严格的SU(2)对称性对应着电子的自旋极化守恒,在特定波矢方向上自旋寿命趋于无限长,他们称之为持续自旋螺旋态(persistentspinhelix)。这一发现已成为当前自旋电子学领域的研究热点。  本文用密度矩阵方法得到了自旋极化输运方程,计算了Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合常数相等的二维电子气中电子的自旋弛豫时间,清晰地得出了持续自旋螺旋态,计算了电场、磁场作用下的电子的自旋演化,得到的结果支持了Bernevig的预言,和实验结果符合的很好。具体内容如下:  第一章简要介绍自旋电子学,以及本论文中用到的自旋轨道耦合相互作用和自旋弛豫机制。  第二章介绍了持续自旋螺旋态的理论,以及实验测量结果。  第三章用密度矩阵方法得到了电场作用下电子的自旋输运方程,计算出自旋弛豫时间,给出了持续自旋螺旋态的详细推导,研究了电场作用下持续自旋螺旋态的自旋演化特性。  第四章我们得到了电场、磁场共同作用下电子的自旋输运方程,研究了不同方向磁场对持续自旋螺旋态的影响,以及磁场作用下电子自旋的演化。
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