任意正多边形量子环电子输运过程的自旋轨道耦合效应研究

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本文比较系统地研究了有关存在Rashba自旋轨道耦合相互作用的任意正多边形量子环的自旋输运特性。首先,简单介绍了自旋电子学的主要内容和发展历史,并讨论了自旋轨道耦合相互作用的相对论量子力学起源,以及固体材料和器件中Rashba自旋轨道耦合哈密顿量的物理意义。接着,我们建立了正多边形量子环的网络模型,并根据Griffth边界条件建立了相应的本征方程(组);然后采用算符代数的典型方法严格求解了电子通过量子环的散射问题。通过将该普遍的方程组应用到正多边形量子环的各种模型中,我们具体计算并分析了以下三种情况:(1)出射节点m≠0或者N的一般情形;(2)出射节点m=O或者N的特殊情形,即同一节点出射与入射的情形;(3)圆形量子环非对称的情形。通过建立各种情形下的量子环模型,并建立相应的方程组,我们严格计算并得到了三种情形下系统的反射波和透射波振幅的解析表达式以及Landauer电导的严格表达式。并重新验证了迄今为至关于正多边形量子环以及圆形量子环自旋输运的几乎所有重要结果,并对个别结果做了必要的修正。同时我们对相应散射问题的结果采用数值计算的方法具体研究了电导随Rashba自旋轨道耦合与电子波矢的周期变化特性和零点分布。而后我们经过对比分析发现第(1)种情形下的结果同样适合第(2)种情形下的结果,并且当正多边形量子环边数趋近于无穷大(N→∞)时,第(1)种情形下的结果同样可以得到第(3)种情形下的结果,因此,可以认为第(1)种情形下得到的有关散射问题的相应结果为存在Rashba自旋轨道耦合的任意正多边形量子环以及边数趋近无穷大时形成圆形量子环的普遍解析表达式。
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