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随着半导体制造工艺的不断发展,集成光学、大规模集成电路中的器件特征尺寸已经接近纳米量级。此时器件中电子表现出明显的波动性,其工作原理发生了本质的变化,对此领域的研究成为了高新技术和信息产业进一步发展的先驱和支柱。在半导体微纳结构中实现对电子束空间位移的调控以及电子自旋的分离成为当前的研究热点之一。本论文主要研究量子微纳结构中电子束的空间位移。重点讨论了利用结构中自旋相关的空间位移实现电子自旋的分离以及外加电场、磁场和Rashba自旋轨道耦合效应对位移的调制。这些现象为设计新型的自旋器件提供了理论基础。论文所取得的主要研究成果简述如下:
1、研究了磁电调制半导体异质结中电子束的空间位移。研究表明,外加磁场和电场调制下的半导体异质结中电子束的透射位移不仅仅和入射角、势垒(势阱)宽度有关,而且还和外加磁场和电场有密切的关系。因此可以利用外加磁场和电场实现对位移的有效调制。进一步研究表明,在外加铁磁条反平行的情况下,透射电子束的空间位移和电子的自旋有关。利用这个自旋相关的位移可以实现对电子束自旋的分离。
2、研究了外加磁场和Rashba效应作用下半导体异质结中电子束的空间位移。Rashba耦合系数可以通过外加电场来调控。研究表明,存在Rashba自旋轨道耦合时,无论外加铁磁条反平行还是平行,透射电子束的空间位移都和电子自旋有关。相对于不存在Rashba效应的情况,这时候可以更有效的实现自旋极化相反电子的分离。为了使得器件在结构上更为简单而方便工艺上的制备,我们研究了只存在Rashba效应的情况,发现这种情况下仍然可以利用自旋相关的空间位移有效地分离自旋极化相反的电子。这些现象在设计自旋分离器件上有潜在的应用价值。