二维Rashba自旋轨道耦合电子气中无序效应的理论研究
发布时间：2021-07-04 08:25
上世纪80年代固态器件中与电子自旋相关的电子输运现象被发现,自此一门新的学科“自旋电子学”开始兴起。近年来,随着技术的发展,具有体积小、速度快、功耗低等优势的自旋电子器件愈发受到青睐,有望成为基于电荷的传统半导体器件的替代品。自旋轨道耦合是自旋电子学研究中的一个重要物理量,它将电子的自旋自由度与其运动紧密地关联到了一起,这种关联提供了一种全电学的方式控制自旋,也越来越受到人们的广泛关注。而在电子波的输运问题中,无序效应具有重要意义,无序如何影响波的传播特性一直是凝聚态物理中长盛不衰的研究焦点之一。尤其是在杂质间多重散射起主要贡献时,复杂的量子干涉效应往往会引起许多有趣的物理现象。因此,关于无序对自旋轨道耦合系统的影响的研究是十分有必要的,将为新型自旋电子器件的相关实验和应用提供重要的理论依据。本博士学位论文包括如下五章。在第一章中,我们简要介绍了自旋轨道耦合系统的哈密顿量模型、真实材料中的实现和调控以及这类系统中的无序相关研究。大量关于无序对准粒子态密度的影响的研究表明,在能带带尾部分体系进入强散射区,杂质间的多重散射起到主要作用,使得系统产生了随能量呈指数型衰减的Urbach带尾,而...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?Ｓｉ〇２场效应管示意图
?第一章绪论?????１??．ｉ?ｖｉ???丄，＋?震丄：。一??Ｅ＇?ｍＭｔｍｋ＂＇７＇?＇???．一．?？］???ｔｔ＋?—?一?一?－?－?；?ｇ｜?￣｜??Ｚ??ｐ—Ｓｉ??图１．１?Ｓｉ〇２场效应管示意图。??Ｇａｉ－ｘＡｌｘＡｓ?Ｉ?ＧａＡｓ??Ｉ??ＣＯＮＤＵＣＴＩＯＮ?????ＢＡＮＤ?Ａ，产?ＣＯＮＤＵＣＴＩＯＮ?ＢＡＮＤ??ｒ?ＶＡＬＥＮＣＥ?ＢＡＮＤ??１—？?ｚ??ｉ??图１．２?ＧａＡｓ－ＡｌＧａＡｓ异质结结构界面附近的能带结构示意。??这一系统中的二维电子气中的电子具有很高的迁移率（１０４＾１０６ｃｍ２／Ｖ＿ｓ）以??及很长的弹性散射平均自由程（１〇２?？〗〇４ｎｍ）。??电子除了可以被限制在两种材料形成的界面附近外，也可以被限制在材料??的表面。例如，自由电子会漂浮在液氦的表面，并且可以自由地沿表面移动，一??些早期的关于二维电子气的研究工作就是使用此系统完成的［３１］。除了液氦外，??许多固体的表面也存在表面电子态，如拓扑绝缘体。??近年来，越来越多的超薄材料被制备，如石墨息二硫化钼等，这些材料中??的电子被限制在极端空间内。石墨烯中的二维电子可以通过化学掺杂等手段调??整为二维电子气，由于石墨烯的用途广泛，这也成为了当下的一个研究主题［３２］。??下面我们将介绍在晶体二维电子气系统中的两类重要相互作用，分别是对??应于空间反演对称性破坏的自旋轨道耦合相互作用以及对应于时间反演对称性??破坏的铁磁交换相互作用。??１．１．２自旋轨道耦合相互作用??自旋轨道耦合描述的是粒子的自旋和它的轨道运动产生的相互作用
?第一章绪论???Ｄｒｅｓｓｅｌｈａｕｓ?Ｒａｓｈｂａ??泰－菅泰??感．舞暴??图１．３?Ｒａｓｈｂａ自旋轨道耦合和线性Ｄｒｅｓｓｅｌｈａｕｓ自旋轨道耦合相互作用不同区域对应的自??旋纹理（绿色箭头）示意图。中间是自旋轨道耦合对应的能带结构。??表１．１常见的二维Ｒａｓｈｂａ自旋轨道稱合电子气材料。ｏｃｒ稱合强度；Ｅｒ稱合能；Ｉｃｋ波矢??劈裂??材料?ｃｘＲ（ｅＶＡ）?ｋＲ（Ａ－１?ＥＲ（ｍｅＶ）参考文献??ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ?异质结一＿?０．０７?０．０２８?＜?［５５］??ＬａＡ１０３／ＳｒＴｉ０３?界面?＇０．３?￣?０．０８?￣?１２?［４４４６］??ＢｉＴｅｌ?体态?５．３?０．０５５?１５０?［４７，４９］??ＢｉＴｅＣｌ?表面态?１．７８?０．０５?５０?［４９，５０］??Ａｕ（ｌｌｌ）表面态?０．３３?０．０１２?２．１?［５６，５７］??自旋轨道耦合电子气材料以及它们所对应的自旋轨道耦合参数。许多系统中的??自旋轨道耦合强度以及费米能位置都可以独立调控。下面我们讲介绍几种可调??控自旋轨道耦合强度的材料。??１．１．３．１复合钙钛矿氧化物界面??在复合钙钛矿氧化物ＬａＡ１０３／ＳｒＴｉ０３的界面处，由于界面上下的空间反演??对称被破坏使得系统具有Ｒａｓｈｂａ型自旋轨道耦合相互作用，并且耦合强度被证??明可以通过电场来调控。输运实验和原子力显微镜发现，使用适当条件生长的??ＬａＡ１０３／ＳｒＴｉ０３异质结构中存在被限制在距离界面几个纳米范围点的电子气。由??于这种结构破坏了空间反演对称性，又导致被限制在界面附近的电子气在垂直界??面方向受到了强电场影响。
本文编号：3264424
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?Ｓｉ〇２场效应管示意图
?第一章绪论?????１??．ｉ?ｖｉ???丄，＋?震丄：。一??Ｅ＇?ｍＭｔｍｋ＂＇７＇?＇???．一．?？］???ｔｔ＋?—?一?一?－?－?；?ｇ｜?￣｜??Ｚ??ｐ—Ｓｉ??图１．１?Ｓｉ〇２场效应管示意图。??Ｇａｉ－ｘＡｌｘＡｓ?Ｉ?ＧａＡｓ??Ｉ??ＣＯＮＤＵＣＴＩＯＮ?????ＢＡＮＤ?Ａ，产?ＣＯＮＤＵＣＴＩＯＮ?ＢＡＮＤ??ｒ?ＶＡＬＥＮＣＥ?ＢＡＮＤ??１—？?ｚ??ｉ??图１．２?ＧａＡｓ－ＡｌＧａＡｓ异质结结构界面附近的能带结构示意。??这一系统中的二维电子气中的电子具有很高的迁移率（１０４＾１０６ｃｍ２／Ｖ＿ｓ）以??及很长的弹性散射平均自由程（１〇２?？〗〇４ｎｍ）。??电子除了可以被限制在两种材料形成的界面附近外，也可以被限制在材料??的表面。例如，自由电子会漂浮在液氦的表面，并且可以自由地沿表面移动，一??些早期的关于二维电子气的研究工作就是使用此系统完成的［３１］。除了液氦外，??许多固体的表面也存在表面电子态，如拓扑绝缘体。??近年来，越来越多的超薄材料被制备，如石墨息二硫化钼等，这些材料中??的电子被限制在极端空间内。石墨烯中的二维电子可以通过化学掺杂等手段调??整为二维电子气，由于石墨烯的用途广泛，这也成为了当下的一个研究主题［３２］。??下面我们将介绍在晶体二维电子气系统中的两类重要相互作用，分别是对??应于空间反演对称性破坏的自旋轨道耦合相互作用以及对应于时间反演对称性??破坏的铁磁交换相互作用。??１．１．２自旋轨道耦合相互作用??自旋轨道耦合描述的是粒子的自旋和它的轨道运动产生的相互作用
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本文编号：3264424
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