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对自旋的操控是自旋电子学的中心任务，在半导体低维量子结构中由结构反演不对称性引起的Rashba自旋分裂，由于其强度能够为外电场所调控，被认为可能提供一种电学操控电子自旋的手段，在自旋电子学的研究中占有重要地位。窄禁带半导体由于其强自旋轨道耦合的特点而成为这些研究的重要对象。本论文主要采用磁输运测试的方法对窄禁带半导体低维结构HgCdTe表面反型层和In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As量子阱二维电子气中的Rashba自旋轨道耦合和有效g因子及其在外场中的可调控性进行了研究。
1.我们在阳极氧化得到的Hg0.77Cd0.23Te表面反型层高迁移率二维电子气中观察到了反弱局域效应，利用适用于高迁移率任意自旋轨道耦合强度的Golub模型提取出Rashba自旋轨道耦合强度。发展了一种简单有效的栅极工艺，并利用其成功调控了电子气的浓度和旋轨耦合的强度，发现在该系统中电子气浓度从2.5×1015m-2增加到6×1015m-2，Rashba分裂约从3meV增加到10meV，而其对浓度变化率也达到了dα/dNs=3.59×10-27eVm3，这表明HgCdTe表面反型层二维电子气中具有很强的自旋轨道耦合效应和可调控性，有望在自旋场效应晶体管和自旋分离器等自旋功能器件中得到应用。
2.我们利用基于Kane模型的Schrodinger-Poisson方程自洽计算方法研究了HgCdTe表面反型层中的Rashba旋轨耦合，结果验证了非线性Rashba效应在我们的系统中起着主导作用。我们通过计算指出实验测得的Rashba分裂包含两部分贡献:一部分是浓度增加有效带隙增大导致带间耦合减弱，这部分的贡献就是非线性Rashba效应。另一部分是浓度增加导致阱内电场增强带来的贡献。这两部分贡献是互相抵消的关系。我们发现实验测得的△R比线性Rashba模型给出的结果小很多，而与包含了非线性Rashba效应的自洽计算结果一致，这就强有力地验证了非线性Rashba模型的正确性。
3.在量子阱平面内磁场测量了HgCdTe表面反型层中电子的反弱局域效应，发现其迅速被抑制，根据其被抑制的速率提取了有效g因子g*||。发现该系统中|g*|||约在43左右，与自洽计算结果一致。这说明由Zeeman分裂与Rashba分裂竞争引起的自旋退相在面内磁场导致的电子退相中起主导作用，而界面粗糙涨落对电子退相的贡献则相对可以忽略。
4.Hg0.77Cd0.23Te表面反型层高迁移率二维电子气中发现源于第二子带的SdH振荡的拍频现象，通过FFT谱上的峰位我们确定了两个子带的浓度，结果与自洽计算结果一致。根据SdH振荡拍频节点的位置确定了不同浓度下第二子带的零场自旋分裂，结果与自洽计算结果之间的差异可能是由于忽略了有效g因子随磁场的变化造成的。
5.研究了单边Si-δ掺杂宽20nm的In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As量子阱在倾斜磁场中的SdH振荡，通过拍频节点随量子阱平面法线与磁场夹角增加而向高场移动关系将零场自旋分裂能和塞曼分裂能分离开来。实验结果表明随着浓度增加有效g因子|g*|逐渐减小，而零场自旋分裂能△0逐渐增加。自洽计算结果表明|g*|的减小是由于非抛物性相互作用引起的，这说明由浓度增加造成的非抛物性相互作用对|g*|的影响不可忽略。
6.研究了Si调制掺杂的不同阱宽的In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As量子阱在平面内磁场中的反弱局域效应，通过拟合发现其电子退相速率与面内平行磁场二次方B2||成正比。定量分析表明由面内平行磁场造成的退相不能仅仅归因于Zeeman分裂与Rashba自旋轨道耦合之间的竞争造成的自旋退相，还必须将界面粗糙涨落在平行磁场中的造成的轨道退相包含进来。根据轨道退相率1/(τ)r与B2||的关系，我们确定出相应栅压和浓度下的粗糙涨落关联因子(△z)2L。发现其在低栅压下较小，并随着浓度增加而增加，我们认为这是由于栅压增加后电子更加靠近栅极一侧的界面造成的。通过计算，我们发现典型的界面粗糙涨落均方根△z约在几个埃到1nm左右，因此通过面内磁场中反弱局域和弱局域效应来研究界面粗糙造成的退相率可以为研究量子阱界面和低维结构中的无序提供有价值的信息。