收藏本站
收藏 | 论文排版

电子的自旋极化描述及其相关物理问题的研究

王岩  
【摘要】:自从电子的自旋被人们发现以来,对电子的自旋极化描述问题的研究一直是量子力学与自旋电子学研究的重要内容之一。目前人们对电子自旋极化的认识在理论上还存在许多值得探讨和深思的问题,或者说还不是充分的,而这些问题的解决与否或许会直接关系到我们对目前许多新奇的与自旋极化密切相关的物理现象的理解和阐释,如自旋霍尔效应、Imbert-Fedorov效应等。 现在人们广泛认识到光束的极化具有局域性,自然界不存在严格意义上的均匀极化光束。同样地,除了特殊情况下的均匀极化电子束,在一般情况下电子束自旋极化也是一个局域的物理量,其在空间具有非均匀分布特征。由此,我们可以预测出许多具有新奇极化分布的电子束,比如自旋极化分布具有如同柱矢量光束那样的柱对称结构的电子束,或称之为“柱极化电子束”。 由于电子相对论效应的存在,相对论电子将表现出非相对论电子所不具有的更丰富的物理行为。为了解释这些现象,必须从相对论量子力学的角度对电子诸多物理性质进行阐述,其中首当其冲的便是相对论电子的自旋极化描述问题。为此,我们分别在非相对论和相对论量子理论框架下进一步发展了单电子的自旋极化描述理论,并且将其应用于自由电子的自旋极化描述中;然后,对所涉及到的体系空间对称性、空间位移特性等物理性质做了进一步的研究工作;考虑到高能极化电子束在粒子物理、凝聚态物理等领域中的应用以及将来“相对论自旋电子学”的研究与发展,在最后一章中我们特别地对相对论电子束穿透非对称方势垒结构的物理行为做了详细的分析。本论文的主要工作和创新点如下: (1)第一,在非相对论量子框架下发展了电子自旋极化的描述理论。我们发现,在仅考虑电子的自旋的情况下,由于泡利矢量三个笛卡尔分量之间不相互对易,在描述电子的自旋极化时,除了要确定自旋量子化方向外,我们还需要另外一个自由度——单位矢量((?))关于自旋量子化方向的方位角Φ。将此自旋极化的描述理论应用到自由电子情形,并且令构成自由电子波函数的每一个平面波分量的自旋量子化方向为波矢kr方向,我们可以得到自由电子自旋极化的一类表示,在给定权重分布函数和广义琼斯矢量时,单位矢量((?))完全决定了两自旋极化基矢的形式。由于此时两自旋极化基矢为螺旋度算符σr (?)pr /pr的本征值分别为“+1”与“-1”的本征态,而此算符本身便描述了自旋与动量之间的某种耦合,可以说单位矢量I(?)扮演着自旋与动量之间耦合的自由度的角色。 (2)第二,研究了表征自由电子自旋极化基矢的自由度——单位矢量I(?)在描述体系空间旋转对称性中所扮演的重要角色;利用Matlab数值模拟,我们展现了由不同单位矢量I(?)描述的自由电子束的对称性质:令电子束沿z轴传播,极角ΘI决定了电子束整体的物理性质,而方位角ΦI则与体系沿z轴的空间旋转变换之间存在着紧密的联系。 (3)第三,首次提出了柱对称自旋极化电子束的概念,它们是z方向总角动量J z的本征态,但它们即不是自旋角动量也不是轨道角动量在z方向上分量的本征态。 (4)第四,简单地回顾了几个重要的描述自由空间相对论电子自旋角动量或自旋极化性质的力学量算符。然后利用极化算符和相应的阶梯算符通过代数方法构造了自由空间相对论电子的自旋极化基矢,与第二章中构造的非相对论电子自旋极化基矢类似,我们发现除了自旋量子化方向外,还需要另外一个单位矢量才能表征这些基矢。关于单位矢量的物理含义的分析讨论,基本上可以完全借鉴在第二章中有关单位矢量物理含义的讨论,此时只需要将泡利矢量算符替换成极化算符。 (5)第五,相对论电子穿透非对称方形单势垒结构过程中,透射电子的自旋极化将发生改变而不再与入射电子的自旋极化相同,由此,我们重点研究了透射电子的与极化相关的空间位移特性,结果表明它不仅依赖于入射电子能量和入射角度,而且依赖于入射电子的极化。这些现象是非相对论电子所不具有的行为,是电子相对论效应的一种体现。这些结果或许可以为高能极化电子束在粒子物理、凝聚态物理等领域中的应用以及将来“相对论自旋电子学”的研究与发展提供必要的理论指导而具有重要的参考价值。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 李增花,左维,刘建业,郭文军;自旋极化的对称核物质和中子物质的性质[J];高能物理与核物理;2003年04期
2 李增花,左维,刘建业,郭文军;自旋极化的同位旋非对称核物质性质[J];高能物理与核物理;2003年09期
3 杨保华;李英兰;陈强;麻华丽;王锋;;Si_n(n为4,5)Mn团簇的结构和磁性的第一原理研究[J];云南大学学报(自然科学版);2005年S3期
4 陈星;郭卫;;自旋极化对量子点系统电导的影响[J];北京大学学报(自然科学版)网络版(预印本);2010年02期
5 陈星;郭卫;;自旋极化对量子点系统电导的影响[J];北京大学学报(自然科学版);2011年02期
6 朱颀人,宋庆峰,潘守甫;在自旋极化X_α交换近似下类氦离子振子强度的过渡态计算[J];光学学报;1985年01期
7 倪皖荪;自旋极化氢原子(H↓)系统中气体超流的可能性及其声学性质[J];物理学报;1983年09期
8 孙献平,胡志林,曾锡之,熊文;自旋极化氢原子的实验研究[J];科学通报;1992年08期
9 陆同兴;激光光解时间分辨电子自旋共振波谱[J];化学通报;1998年01期
10 张俊峰;M.Ali;陈洪;;Fe/Cr(001)超晶格层间耦合和自旋极化的第一性原理计算[J];西南师范大学学报(自然科学版);2005年06期
11 孙霞,王兵,王丽娟,吴自勤;二维磁结构的扫描隧道显微术研究[J];物理;2002年09期
12 刘莉;缪菊红;肖循;余功奇;任光明;王永强;李派;田召明;;La_(2/3)Ca_(1/3)MnO_3/TE(TE=Cu、Fe、Zn)复合颗粒系统的磁输运行为比较性研究[J];低温物理学报;2007年01期
13 邱元武;祝继康;;晶体CsFeCl_3的自旋极化MS-X_a计算[J];同济大学学报(自然科学版);1989年02期
14 齐新华,高涛,朱正和,李跃勋,陈波,范智剑;LaNi_5电子与能量结构的全电子计算[J];原子与分子物理学报;2004年03期
15 陈小雪;滕利华;刘晓东;黄绮雯;文锦辉;林位株;赖天树;;InGaN薄膜中电子自旋偏振弛豫的时间分辨吸收光谱研究[J];物理学报;2008年06期
16 宋庆峰,朱颀人,潘守甫;在自旋极化X_α交换近似下Li原子振子强度的过渡态计算[J];光学学报;1983年05期
17 邱元武,祝继康;激光晶体的X_α研究Ⅲ—MgF_2:V~(2+)的电子结构[J];化学物理学报;1988年03期
18 孙华,雎胜,李振亚;半金属磁体[J];物理;2002年05期
19 孙霞,丁泽军,吴自勤;自旋极化电子显微术及蒙特卡罗模拟[J];物理;2002年12期
20 卫海燕,陈志达;分子磁交换机理研究进展[J];化学通报;2003年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘伍明;;规范场中自旋极化费米气体[A];第十五届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2012年
2 米仪琳;张铭;严辉;;磁性隧道结中自旋相关的隧穿输运[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(3)[C];2007年
3 周智辉;杨昌平;邓恒;郭定和;;稀土掺杂锰氧化物的电致电阻效应[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(3)[C];2007年
4 唐绍彬;曹泽星;;氮掺杂对碳纳米管电子和磁性质的影响[A];中国化学会第27届学术年会第14分会场摘要集[C];2010年
5 王连轩;王新强;樊玉勤;刘高斌;;Ga_(2n)(n=1~4)团簇自旋极化机理的密度泛函理论研究[A];第十五届全国原子与分子物理学术会议论文摘要集[C];2009年
6 王学业;罗本华;;第一性原理研究Bi掺杂六方相SrMnO_3的结构、电子和磁性质[A];中国化学会第28届学术年会第13分会场摘要集[C];2012年
7 王建伟;刘娜;;氢原子中的d电子轨道角动量算符及其本征矢的矩阵表示[A];第十七届全国原子、原子核物理研讨会暨全国近代物理研究会第十届年会论文集[C];2008年
8 马爱群;马志民;任珉;钱妍;刘正君;刘树田;;一类光子消灭算符a~N的正交归一化本征态的迭加态的振幅K次方压缩特性[A];第十二届全国量子光学学术会议论文摘要集[C];2006年
9 赵伟娜;陈文凯;;金属簇X(X=Pt-Au和Au-Au)负载在TiO_2(110)完整表面上的覆盖度效应的理论研究[A];中国化学会第28届学术年会第13分会场摘要集[C];2012年
10 楼越升;李一芒;丛爽;;一种二阶含时量子系统状态演化的求解方法[A];2009系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王岩;电子的自旋极化描述及其相关物理问题的研究[D];上海大学;2011年
2 李重要;纳米体系自旋极化和输运性质的理论研究[D];复旦大学;2010年
3 冯磊;几类Ti_2基半金属材料的物性研究[D];河北工业大学;2011年
4 陈亚杰;高自旋极化颗粒复合材料磁输运性质的实验研究[D];苏州大学;2003年
5 伍清萍;基于自旋轨道耦合的石墨烯微结构的自旋输运特性研究[D];南昌大学;2013年
6 叶成芝;低维介观体系中的自旋电子输运[D];山西大学;2009年
7 卢建夺;电子在纳米结构中自旋依赖的输运性质的研究[D];华中科技大学;2012年
8 徐可;几个磁性分子的自旋输运性质的理论研究[D];中国科学技术大学;2013年
9 徐雷;调制磁场下石墨烯中的电子输运[D];南京大学;2011年
10 吴波;Co基Heusler合金表面/界面特性及其掺杂效应的第一性原理研究[D];西南大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王瑞琴;非磁性半导体多层结构中的自旋极化隧穿研究[D];内蒙古大学;2011年
2 赵伟;石墨烯共振隧穿结构中的自旋极化与磁电阻特性研究[D];河北师范大学;2011年
3 邱俊杰;带电聚噻吩分子自旋极化的第一性原理研究[D];山东大学;2012年
4 乔士柱;OLED中自旋极化载流子的注入和输运特性[D];山东建筑大学;2010年
5 修明霞;肖特基接触的铁磁/有机系统的自旋极化性质研究[D];山东师范大学;2010年
6 宁文伟;金属渗透对8-羟基喹啉铝有机半导体电子结构和磁学性质的影响[D];山西师范大学;2012年
7 赵飞;自旋极化电流作用下铁磁体中磁化强度的动力学研究[D];河北工业大学;2012年
8 李航;准一维量子结构的自旋输运[D];湘潭大学;2010年
9 刘艳;GaMnN基共振隧穿二极管自旋器件的设计和模拟[D];华东师范大学;2009年
10 张雅;一维量子波导中的电子自旋输运研究[D];大连理工大学;2009年
中国重要报纸全文数据库 前3条
1 记者 毛庆;1G硬盘有望存储100G信息[N];南京日报;2010年
2 刘辽(作者系北京师范大学物理系教授);爱因斯坦与“EPR疑难”[N];大众科技报;2005年
3 笑书生;薛定谔猫:迷失在中文里[N];科技日报;2001年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978