自旋轨道耦合作用的等效磁场

自旋与电荷一样,是电子的固有属性,电子的周期性轨道运动产生的磁场与电子的自旋磁矩相互作用,这种磁相互作用就是自旋轨道相互作用。在原子物理学中,这种自旋轨道作用会影响原子光谱的精细结构,然而教材中缺少自旋轨道耦合作用在二维半导体材料中的微观描述。本文将引入Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合作用的哈密顿量,研究单电子在无外场下二维平面内运动,讨论一种或者两种自旋轨道耦合的哈密顿量表示。通过自旋与等效磁场耦合的塞曼能量表示,本文计算了本征态下不同自旋轨道耦合作用下的等效磁场,从而有助于探索二维半导体材料中不同自旋轨道耦合作用下的物理特性。     

四端双量子点系统中的自旋和电荷能斯特效应

基于非平衡态格林函数方法,理论研究了与四个电极耦合的双量子点系统中的自旋和电荷能斯特效应,考虑了不同电极的磁动量结构和量子点内以及量子点间电子的库仑相互作用对热电效应的影响.结果表明铁磁端口中的磁化方向能够有效地调节能斯特效应:当电极1和电极3中的磁化方向反平行排列时,通过施加横向的温度梯度,系统中将会出现纯的自旋能斯特效应;当电极4从普通金属端口转变为铁磁金属端口时,将同时观测到电荷和自旋能斯特效应.研究发现,能斯特效应对于铁磁电极极化强度的依赖程度较弱,但对库仑排斥作用十分敏感.在量子点内和点间库仑排斥作用的影响下,自旋及电荷能斯特系数有望提高两个数量级.     

自旋-轨道相互作用能的简明计算

本文介绍自旋－轨道相互作用能的一种简明计算。与通常计算自旋磁矩在原子实相对于电子的运动所产生的磁场中的磁能相反， Ｗ． Ｔ．Ｄｉｘｏｎ计算原子实在运动自旋磁矩所产生的电场中的电势能，给出自旋－轨道相互作用能量的正确结果。其推导简单，物理意义明确．     

自旋极化原子氢

在理论上预见到,由原子氢组成的气体,若能使所有氢原子的电子自旋都变成平行状态,则氢原子之间的相互作用主要是相互排斥.这种自旋极化原子氢的集合,即使在T=OK时,也仍然处于气体状态. 近两年来,在实验上已获得这种自旋极化原子氢(H　)气.其方法是使一束4.2K的高通量原子氢射到一个由10(Tesla)的超导磁场所构成的自旋选择器上.原子束中自旋与磁场B平行的氢原子(H　)被选择器反射掉,而自旋与磁场B反平行的氢原子(H　)则被加速,进入强磁场区的收集容器中.在那里,它们通过与He 覆盖的器壁碰撞而丢掉多余的动能,落入势阱.此过程连续地进行…     

用非相对论求自旋-轨道耦合能

氢原子或类氢离子中电子的自旋-轨道耦合能在CGS制中可以表示成式中m为电子的质量,c是光的速度,r是电子的径向距离;l、s分别是电子的轨道角动量和自旋角动量,而V表示电子在原子核静电场中的势能.由于V= Ze2(1)式也可以改写成(1)式也可以改写成 (1)式或(2)式的正确推导可以有两个途径. (a)认为电子的自旋是来自相对论原因,因此,(1)式可以通过描写电子运动的狄拉克(Dirac)相对论理论得到[1] (b)如果电子的自旋(或更精确地说电子的内禀磁矩u3作为实验事实被接受[2],则电子的自旋-轨道耦合能基本上可以看作是出于非相对论原因,因此,(1)式也可…     

化合物SmCo5的电子结构、自旋和轨道磁矩及其交换作用分析

用自旋极化的MS-Xα方法研究了稀土-过渡族化合物SmCo5的电子态密度、自旋能级劈裂及原子磁矩.研究结果显示,由于化合物中Sm-Co间的轨道杂化效应,使Sm原子原来的5d0空轨道上占据了少量5d电子.由于Co(3d)-Sm(5d)电子间的直接交换作用,导致了Sm-Co间的磁性交换耦合,这是化合物中形成Sm-Co铁磁性长程序的一个重要原因.在SmCo5化合物中存在6个能级呈现负交换耦合,导致了SmCo5化合物的居里温度(与金属钴相比)明显下降.还研究了化合物中2c和3g晶位Co的自旋磁矩和轨道磁矩,发现Co(2c)晶位的自旋磁矩、轨道磁矩及冻结部分均略大于Co(3g)晶位,所以2c晶位的L-S耦合强度应略大于3g晶位.因此,2c晶位对SmCo5磁晶各向异性的影响也应大于3g晶位.但Co(2c)未被冻结的轨道磁矩却略小于Co(3g),所以两种晶位对磁晶各向异性的贡献大小之差别不应太大.考虑到4f电子的局域性和化合物中轨道杂化效应所导致的Sm(5d0)空轨道上占据了少量5d电子,可以得到Sm原子磁矩为1.29μB,与顺磁盐中Sm3+磁矩实验值(1.32-1.63uB)及金属中Sm原子磁矩实验值(1.74μB)基本符合.     

过渡金属络合分子二步自旋转换量子理论

本文建立了d4,6络合分子二步自旋转换的量子理论.模拟计算得出了如下几点结论:①低对称畸变是d4,6络合分子可以发生二步自旋转换的必要条件;②对于具有任何一种低对称性的任何一种d4,6络合物存在这种低对称畸变的一个临界值,当畸变小于临界值时只可发生一步自旋转换,即HS LS自旋转换;而当畸变大于临界值时则可以发生二步自旋转换,即HS MS和MS LS自旋转换.二步自旋转换导致磁矩曲线上产生两个拐点,与两个自旋转换点相对应,其间的Dq-距离ΔDq随畸变量的增加而增加;③当畸变量等于临界值时络合分子的两个自旋转换点相重迭,即与自旋转换有关的HS、MS、LS三个能级交于一点,这形成一个自旋三相点,它代表一个由三种自旋相形成的临界状态.因此,自旋三相态或许是可以实现的;④低对称畸变将使高自旋磁矩明显增大,可以高于6.10μB.这表明,通常用实验磁矩数据来判断络合物中心为何种离子的方法是不可靠的;⑤低自旋磁矩可以小于1但显大于0,表明在络合分子中过渡金属离子的轨道角动量未完全碎灭的情况.     

自旋极化电子碰撞谱仪的研制进展

与电子自旋相关的效应在散射过程中起着十分重要的作用,但却常常被较强的库仑相互作用所淹没,使得以自然电子为探针的散射实验很难对其进行直接观测.以极化电子作为探针,研制极化电子碰撞谱仪,将为开展自旋相关效应的实验研究奠定基础.本文简述了极化电子与原子分子碰撞研究的意义,并介绍了清华大学物理系极化物理实验室自行开发的GaAs极化电子源及基于该极化电子源的碰撞谱仪的研制情况.     

自旋极化电子碰撞谱仪的研制进展

与电子自旋相关的效应在散射过程中起着十分重要的作用，但却常常被较强的库仑相互作用所淹没，使得以自然电子为探针的散射实验很难对其进行直接观测。以极化电子作为探针，研制极化电子碰撞谱仪，将为开展自旋相关效应的实验研究奠定基础。本简述了极化电子与原子分子碰撞研究的意义，并介绍了清华大学物理系极化物理实验室自行开发的GaAs极化电子源及基于该极化电子源的碰撞谱仪的研制情况。     

Rashba自旋-轨道相互作用对一维谐振子势场中电子性质的影响

分析了Rashba自旋-轨道相互作用对一维谐振子势场中电子性质的影响,发现该自旋-轨道相互作用能够导致能级之间的自旋翻转,并且自旋翻转的性质明显依赖于自旋-轨道耦合系数和参考系坐标之间的关系.     

顺磁共振波谱仪

一、顺磁共振现象运动着的电子具有磁矩。对于原子来说,它的磁矩等于电子的自旋磁矩和轨道磁矩的矢量和。如果原子中的所有电子的磁矩总和不等于零时,那末这种原子就具有顺磁性质。考虑最简单的顺磁物质。它含有未偶电子,当它没有受到外磁場作用时,未偶电子的磁矩的取向是混乱的,因此整个样品的总矩被平均掉了;宏观上看不出它有磁性。如果样品处于     

关于LS耦合的适用条件

通过经典电磁学的数量级估计和量子力学的计算表明，多电子原子中适用ＬＳ耦合的条件应为：电子的自旋－轨道磁相互作用小于电子间的剩余静电相互作用而非小于电子的自旋－自旋与轨道－轨道磁相互作用。     

δ势垒对多臂量子环中持续电流的影响

提出了含δ势垒的多臂量子环模型.研究发现总磁通为零时,持续电流随半导体环增大发生非周期性振荡,下臂因含δ势垒而获得最小的平均持续电流.AB磁通增强时,持续电流会发生周期性等幅振荡,并与电极的磁矩方向以及隧穿电子的自旋方向相关.两电极磁矩方向平行时,Rashba自旋轨道耦合具有改变持续电流相位和相位差的效应;两电极磁矩方向反平行时,Rashba自旋轨道耦合具有改变持续电流振幅的效应.各臂之间持续电流的不同与臂长和磁通分布的差异相关.在一定条件下,两种波函数所对应的持续电流是可分离的. 关键词： 多臂量子环 持续电流 δ势垒 Rashba自旋轨道耦合     

平行耦合双量子点分子A-B干涉仪的电荷及其自旋输运

利用非平衡格林函数方法,理论研究每臂中嵌有一个平行耦合双量子点分子的A-B干涉仪(平行耦合双量子点分子A-B干涉仪)的电荷及其自旋输运性质.无外磁场时,与每臂中嵌有一个量子点的A-B干涉仪相比较,平行耦合双量子点分子A-B干涉仪中电子隧穿变得更加容易发生.当平行耦合双量子点分子A-B干涉仪中引入外磁场时,能够在电导能谱中观察到一个Fano共振和一个反共振,这两种输运状态在磁场取适当数值时能够同时消失.此外,通过调节左右两电极间的偏压、磁通和Rashba自旋轨道相互作用,可以对体系自旋输运进行调控.     

Co2YSn(Y=Ti,Zr)电子结构和轨道磁性的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)采用第一性原理的全势能线性缀加平面波(FLAPW)的能带计算方法研究了强磁性Heusler合金Co2TiSn和Co2ZrSn的电子能带结构,在计算中考虑了自旋-轨道藕合(SOC)的修正.计算结果表明两种合金在费米面附近的能带结构是一个d-d电子杂化作用形成的能带.分析计算结果发现Co原子对磁矩有主要的贡献,两种Heusler合金的磁矩是由于Co原子3d eg的自旋劈裂形成的,3deg的自旋向下分量是合金的电子态密度(DOS)的主要来源.由能带计算得到Co2TiSn和Co2ZrSn的自旋磁矩分别为1.97μB和1.96μB,其中Co原子在上述两种合金中的自旋磁矩分别是1.01μB和1.02μB,轨道磁矩分别为0.041μB和0.051μB.     

铁磁/半导体/铁磁结构的双量子环自旋输运的特性

研究了与铁磁/半导体/铁磁结构相关的双量子环自旋输运的规律,研究结果表明：总磁通为零条件下,铁磁电极磁化方向反平行时,双量子环与单量子环相比提高了自旋电子透射概率的平均值.铁磁电极磁化方向平行时,双量子环对提高自旋向下电子平均透射概率的效果更明显;双量子环受到Rashba自旋轨道耦合作用影响时,自旋电子的平均透射概率明显高于单量子环,即使再加上外加磁场的影响,透射概率较高这一特征依然存在;双量子环所含的δ势垒具有阻碍自旋电子输运的作用,随δ势垒强度Z的增大透射概率 关键词： 双量子环 Rashba自旋轨道耦合 透射概率 δ势垒')" href="#">δ势垒     

超导与铁磁共存的问题

按照ＢＣＳ超导理论 ,超导库珀对是由两个自旋取向相反的电子构成 ,即库珀对属于自旋“单态” .但在铁磁体中 ,交换作用迫使电子自旋平行取向 ,以致于“对态”成为自旋“三重态” .根据泡利不相容原理 ,自旋取向相同的电子在空间上相互回避 ,这导致铁磁体中的电子之间难于通过晶格振动 (声子 )的中介产生配对所需的吸引 .一般说来 ,铁磁性与ＢＣＳ超导电性之间是相互排斥的 .也曾有人提出与ＢＣＳ理论不同的理论 :存在磁相互作用中介的电子配对机制 ,即自旋三重态库珀对的形成由自旋涨落中介 ,而不是由声子中介 .这种新机制 ,历史上曾被用于…     

ⅡA,ⅡB族第一激发态原子中的角动量耦合

随着主子量子数ｎ增大，ⅡＡ，ⅡＢ族第一激发态原子中价壳电子间库仑排斥作用减弱，电子自身自旋－轨道相互作用相对增强，从而导致其对ＬＳ耦合方式的逐渐偏离和ｉｊ耦合方式的逐渐介入，组态混合方法可用来定量计算ＬＳ耦合方式的偏离程度。     

多层结构双自旋过滤隧道结中的电子输运特性

在转移矩阵方法及Mireles和Kirczenow的量子相干输运理论的基础上,研究了正常金属层/磁性半导体层/非磁绝缘层/磁性半导体层/正常金属层型双自旋过滤隧道结中Rashba自旋轨道耦合效应和自旋过滤效应对自旋相关输运的影响.讨论了隧穿磁电阻（TMR）、隧穿电导与各材料层厚度、Rashba自旋轨道耦合强度以及两磁性半导体中磁矩的相对夹角θ之间的关系.研究表明：含磁性半导体层的双自旋过滤隧道结由于磁性半导体层的自旋过滤效应和Rashba自旋轨道耦合作用可获得极大的TMR值.另外TMR和隧穿电导随着Rashba自旋轨道耦合强度的变化而振荡,振荡周期随Rashba自旋轨道耦合强度的增大逐渐减小. 关键词： 双自旋过滤隧道结 Rashba自旋轨道耦合 隧穿磁电阻 隧穿电导     

铁为什么有磁性?

在3d过渡金属中,价电子有两种类型:4sp传导电子(也叫“巡游”电子或只叫s电子)和3d电子.正是这些d电子的特性和相互作用,是理解铁磁性的关键. 因为d电子是在原子的外缘,它们的轨道角动量实际上被晶体场猝灭了.因此,这些3d元素和稀土元素不同,它们的磁矩基本.上来目电子的目旋.已经知道许多元素的自由原子有不成对的自旋.稳定态具有最大可能的自旋,这种现象是直接由量子力学和泡利不相容原理得出的,并被称为洪德定则.然而,在金属原子中,不成对自旋或磁矩的出现,并不完全像通常那样.因此,在解释铁磁性上有两个基本问题:　单个原子究竟为什么和…