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激光场作用下自旋轨道耦合量子线的电子输运性质

廖文虎  
【摘要】:量子线(纳米线)、量子点等介观系统中的电子输运一直是人们关心的问题。因为它不仅是一个重要的基础物理问题,而且有着潜在的高技术应用背景,量子线、量子点等介观体系是今后纳米量子电路的重要物理器件。随着激光技术的长足发展,激光与物质的相互作用已成为一个重要的科学问题,特别是激光对介观体系电子输运性质的影响这一问题引起了人们的很大兴趣。本文在有效质量自由电子模型基础上,采用Keldysh非平衡格林函数方法,研究了激光场作用下半导体异质结量子线含有自旋轨道耦合情况下的电子结构和输运性质,得到了一些有意义的新结果。 全文共分为五章。第一章简要介绍了闪锌矿结构化合物半导体异质结(量子阱)及其人工微结构中电子自旋轨道耦合的研究历史与现状,包括自旋积聚、自旋进动、自旋泵效应、自旋过滤、自旋极化输运以及自旋流与自旋霍尔效应等。第二章从能带理论角度描述了半导体异质结的形成以及量子阱、量子线、量子点的制备和用途等;同时介绍了半导体及其异质结中电子自旋轨道耦合的类型。第三章介绍了非平衡格林函数方法及其在介观输运中的应用,推导了广泛应用的运动方程以及电流公式。 第四章的内容主要是我们自己的工作。利用非平衡格林函数运动方程方法,研究了共振(即频率与量子线横向子能级间隔匹配时)激光场辐照下量子线的电子输运性质。在不含自旋轨道耦合情况下,当激光场沿纵向极化时,在适当的电子—光子相互作用强度下呈现有趣的负电导现象;当激光场沿横向极化时,系统电导呈现对称分布的峰值结构。当计入自旋轨道耦合后,横向极化激光场辐照下当外场频率Ω和自旋轨道耦合强度k_R取适当值时,可以提高自旋极化率并改变系统的输运特性。文中对这些现象形成的物理机制进行了定性和定量地分析和讨论。 第五章我们对本文的工作进行总结和归纳,并对这一研究领域的发展前景作了简要的展望。


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