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半导体中电场诱导的非平衡自旋极化(或自旋流)是目前自旋电子学领域中一个非常重要的研究热点。理论研究表明,有两种不同的物理机制可导致半导体中电场诱导的非平衡自旋极化(或自旋流)的产生,即所谓的自旋霍耳效应(Spin Hall Effect)和动力学磁电效应(Kinetic Magneto-Electric Effect)。这两种效应都源于电子的自旋-轨道耦合相互作用,即电子的轨道自由度和自旋自由度之间的关联,但两种效应的物理机制有很大的不同。对这两种效应所涉及到的一些基本理论问题的研究是目前自旋电子学中非常重要的研究课题。
本硕士学位论文从理论上研究了在具有Rashba-Dresselhaus自旋—轨道耦合相互作用的二维半导体电子系统中外电场诱导的动力学磁电效应和自旋霍耳效应及其基本物理特性。论文的主要内容是本人攻读硕士学位其间在导师指导下所作的研究工作的总结。全文共分三章,具体内容安排如下:
第一章简要介绍了论文的研究背景,重点介绍了目前自旋电子学中的一些研究热点及相关研究进展。
第二章研究了在具有Rashba-Dresselhaus自旋—轨道耦合相互作用的二维电子系统中的动力学磁电效应及其物理特性,重点研究了在这类半导体电子系统中由于动力学磁电效应所导致的电场诱导的非平衡自旋极化的大小和自旋极化的方向与Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合相互作用强度之间的关系。
第三章重点研究了处于扩散区的二维Rashba-Dresselhaus自旋轨道耦合电子系统中的本征自旋霍耳效应及其在直流极限下的存在性。在该章中我们提出了一个简单明晰的物理图象,从物理原理上清楚地解释了为什么在这类自旋—轨道耦合系统中直流电场诱导的自旋霍耳效应在热力学极限下不能存在。