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本文第一章主要介绍了自旋电子学中最近的热门话题.自旋霍尔效应在实验上和理论上的最新进展。在实验上,本征的和非本征的自旋霍尔效应分别被观测到。在理论上,针对本征自旋霍尔电导的存在与否曾经有过一番争论。在没有考虑杂质散射的情况下,本征自旋霍尔电导具有普适值e/8π,在考虑了杂质散射引起的顶角修正后,理论计算的值刚好与e/8π相消,造成为零的本征自旋霍尔电导。最近的一篇理论文章指出,顶角修正后的结果为零是因为在计算态密度时作了近似,用没有自旋轨道耦合的态密度代替了有自旋轨道耦合的态密度。因此本征的自旋霍尔电导是存在的,只是与模型有关。
本文第二章先回忆了Drude电导公式,然后推导了如何从Kubo公式出发,将Kubo公式的流一流关联函数计算与场论中的费曼图联系起来,最终在松原表象下直接做作图形微扰展开的计算,再做解析延拓得到电导的过程。推导过程中证明并利用了谱表示定理。在这一章的最后还推导了如何从三维空间出发,严格得到二维平面中的电子与三维的LO声子相互作用的二次量子化的形式。
本文第三章给出了Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合并存时的动能的哈密顿量以及电子一电子和电声子相互作用的二次量子化形式,在仅考虑Rashba自旋轨道耦合和电声子相互作用时,研究了二维半导体中的极化子效应,发现电声子相互作用和极化子质量修正都能被Rashba自旋轨道耦合显著的提高。在领头阶水平上,极化子结合能的修正正比于自旋轨道耦合系数的平方。
本文第四章利用第二章建立好的K1abo公式的图形展开的技术,分别讨论了在有Rashba自旋轨道耦合和电声子相互作用的情况下,电导率和自旋霍尔电导率的单圈图以及高阶费曼图的结果。对电导率而言,在零温近似下,单圈图给出的电导率的实部是一个区间函数,只在某些频率范围内不为零,而虚部在频率接近与自旋轨道耦合系数有关的特征频率时具有对数发散。对自旋霍尔电导率而言,在零温近似下,单圈图给出的自旋霍尔电导率在零频下等于e/8π,与前人的结果相同;本文还给出了非零频的结果,自旋霍尔电导率的实部将在在频率接近与自旋轨道耦合系数有关的特征频率时具有对数发散,虚部将是一个区间函数,只在某些频率范围内不为零。