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本文关注磁隧道结和ER(electrorheological)流体的一些物理性质。众所周知,电子具有电荷和自旋两种属性。通常的半导体技术只利用了电子的电荷属性,如果成功地在半导体技术中引入自旋自由度,不仅将大大丰富基础研究的内容,并且为新型器件的诞生提供基础。由于巨磁电阻效应的发现,自旋极化的电子输运性质得到研究者的关注。基于自旋的磁隧道结的研究已经成为凝聚态物理研究的重要领域之一。另一方面,ER流体是一种“聪明的”胶体悬浊液。在外电场的作用下,ER流体的粘度会显著变化,甚至发生凝结;撤出外电场,液体的流变性质立即恢复。由于ER流体的电流变效应,它引起研究者浓厚的兴趣,被用于电一机械界面,当与触发电场的传感器连接时,许多器件,例如离合器、阀门、减震器等,成为可以能够应对外界环境变化的器械装置。本研究分为四个部分：
第一章,回顾了磁隧道结和ER流体的研究历史和现状,介绍了一些需要用到的物理概念。
第二章,用扩展的共振隧穿方法研究了GaMnAs/GaAs/GaMnAs磁隧道结中的TMR效应,同时考虑了轻空穴和重空穴对TMR的贡献,讨论了两种空穴对TMR数值影响的竞争。我们的理论结果可以很好地和实验结果对照。
第三章,介绍了两个关于实现非磁半导体中极化电流的注入、调控和检测的工作。首先,提出具有四种电阻状态的多铁(MF)单势垒隧道结设想,可以高效将极化电流注入非磁半导体,并且实现注入电流在四种极化状态间切换。其次,提出铁电(FE)双势垒隧道结设想,注入电流可以在高极化态和非极化态间切换,并且可以通过测量该隧道结的TMR效应来确定电流的极化度。我们发现铁电势垒中的电极化矢量可以弯曲电极在垒层界面附近的能带,这被认为是影响被注入电流的自旋极化度的主要原因。
第四章,发展了一种多镜像电偶极矩方法用于计算两个不同大小介电球形颗粒间的电相互作用。这种方法不仅可以退回到两个静止导体球形颗粒情形,并且计算精度高于通常使用的点电偶极矩近似,还可以讨论动态效应对电相互作用的影响。我们发现在不同的动力学情况下,两颗粒间电互作用力可以被增强、减小,甚至从吸引变为排斥,或反之。我们的理论结果可以很好地和现有的一些实验结果对照。因此,这提供了一种可能性,即通过选择恰当的动力学行为来调节胶体颗粒间的相互作用,从而获得期望的胶体结构。