半导体中的自旋霍尔效应理论

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自旋霍尔效应现象是当前凝聚态研究领域中的一个热门问题,研究它不仅能促进量子理论的发展,同时也必将推动新的信息技术进步。在本文中我们首先介绍了半导体中的自旋轨道耦合,从能带结构和对称性角度推导出有效自旋轨道哈密顿量。然后讨论了自旋轨道耦合导致的不同自旋输运机制:自旋进动,斜散射和侧跳。其中讨论了描述带电载流子分布函数的动力学方程和描述自旋极化密度的扩散方程。接着我们介绍自旋流的概念和讨论它与自旋极化的关系。最后讨论了电致自旋效应和自旋输运。文中我们着重在转动参考系下推导了二维系统中电子的自旋轨道场的表达式,并由此解释了自旋的进动。在认为小杂质浓度不起作用的情况下,我们对具有较大Rashba自旋轨道耦合的二维电子系统的普适自旋霍尔电导率进行了详细推导,适当考虑杂质的散射作用时,我们通过海森堡方程定性得出了体自旋霍尔流等于零的结果。
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