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半导体纳米结构中可调控的磁相互作用

孙毅谦  
【摘要】:半导体纳米结构中可调控的磁相互作用在自旋电子学和量子信息处理方面有着强烈的应用背景。本文主要研究了量子阱中自旋轨道耦合电子传递的磁相互作用的尺寸效应,以及电子间相互作用对嵌于半导体中稀磁半导体量子点间磁耦合的影响。 在考虑了量子受限情况下,我们研究了量子阱中两个局域自旋间Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合电子传递的Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida(RKKY)磁相互作用。这种情况下的RKKY磁相互作用由下面三种磁耦合组成:传统的RKKY磁耦合,各向异性磁耦合和Dzyaloshinsky-Moriya磁耦合。这些磁耦合相互作用强度不仅强烈地依赖于自旋轨道耦合强度,而且还强烈地依赖于体系受限的宽度和局域自旋在受限方向的位置。后一种依赖关系是由尺寸效应引起的。这为利用门电压和几何结构调控RKKY磁相互作用及其分量提供了一种可能的途径。 在考虑了电子间相互作用情况下,应用Keldysh格林函数方法,我们计算了嵌于半导体中两个稀磁半导体量子点局域自旋间的RKKY磁相互作用。对于电子间相互作用,我们采用了简单的自洽平均场近似。结果表明这个体系的RKKY磁相互作用强度强烈地依赖于量子点中的分立能级及电子间相互作用引起的能级劈裂。通过调控量子点中的分立能级,这个体系的RKKY磁相互作用是可以由门电压调控的。这为在半导体纳米结构中获得可调控的RKKY磁相互作用提供了一个途径,这样的RKKY磁相互作用在实现量子信息处理方面有潜在的应用价值。


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