有机自旋器件磁性渗透层中双极化子对自旋极化输运的影响

根据实验发现的有机器件如Co/有机半导体/La_0.7Sr_0.3MnO₃中磁性原子渗透现象, 利用自旋漂移-扩散方程, 理论研究了磁性渗透层中极化子-双极化子的转化对自旋极化输运的影响. 研究发现: 磁性渗透层具有不同于纯净有机层的迁移率和自旋反转时间, 都将影响极化子-双极化子的转化, 进而影响自旋极化的输运; 在磁性渗透层中极化子自旋反转时间的劈裂是引起自旋弛豫的主要因素, 而极化子和双极化子之间的转化是重要因素.     

自旋轨道耦合Su-Schrieffer-Heeger原子链系统的电子输运特性

在Su-Schrieffer-Heeger (SSH)原子链中,电子在胞内和胞间的跳跃依赖于其自旋时,即SSH原子链存在自旋轨道耦合作用时,存在不同缠绕数的非平庸拓扑边缘态.如何探测自旋轨道耦合SSH原子链不同缠绕数的边缘态是一个重要问题.本文在紧束缚近似下研究了自旋轨道耦合SSH原子链的非平庸拓扑边缘态性质及其零能附近的电子输运特性.研究发现四重和二重简并边缘态的缠绕数分别为2和1;并且仅当源极入射电子的自旋被极化(铁磁电极)时,自旋轨道耦合SSH原子链在零能附近的电子输运特性才能反映其边缘态的能谱特性.尤其是,随着自旋轨道耦合SSH原子链与左、右导线之间的耦合强度由弱到强改变,对于缠绕数为2的四重简并边缘态,入射电子在零能附近的透射峰数目将从4个变为0;而对于缠绕数为1的二重简并边缘态情形,其透射峰数目将从2个变为0.因此,在源极为铁磁电极的情形下,通过观察自旋轨道耦合SSH原子链在零能附近电子共振透射峰的数目随着其与左、右导线之间耦合强度的变化,来探测其不同缠绕数的边缘态.上述结果为基于电子输运特性探测自旋轨道耦合SSH原子链不同拓扑性质的边缘态提供了一种可选择的理论方案.     

有机铁磁界面自旋极化接触构型效应

基于第一性原理,研究了三种不同的接触构型垂直吸附在镍表面的苯双硫分子的界面自旋极化.结果表明界面自旋极化强烈依赖于接触构型,接触构型的变化可使自旋极化由正值变为负值.通过分析投影态密度,发现界面处镍原子的3d轨道与硫原子的sp³杂化轨道发生了轨道杂化.模拟机械可控断裂结实验中的界面吸附构型,根据计算的界面自旋极化,利用Julliere模型得到磁电阻约为27%,与实验测量结果较为符合.     

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SmCo5₅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5d00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_{5化合物中存在6个能级呈现负交换耦合，导致了SmCo55化 关键词： 电子结构 自旋极化 原子磁矩 交换耦合}     

自旋—轨道耦合下冷原子的双反射

随着中性冷原子气体的人造自旋-轨道耦合的实验实现,近年来人们开始关注与之相关的可能应用,其中包括自旋-轨道耦合下原子反射镜的研究.本文在前人研究的基础上,考虑一束自旋-轨道耦合的冷原子气体入射到有限高势垒的情形,通过将部分反射和全反射情况进行对比,发现了与之前研究不同的性质.我们发现,在全反射条件下,反射原子的极化率随入射角变化较大,而随自旋-轨道耦合强度和原子入射能量的变化较小.但在发生部分反射的情况下,反射原子的极化率不仅随入射角变化较大,随自旋-轨道耦合强度和原子的入射能量变化也十分明显.我们仔细研究了自旋-轨道耦合原子气体的反射性质并讨论了其可能的应用.     

CoTiSb基体中Ni元素诱导的单自旋通道研究

沿半Heusler结构CoTiSb合金的[001]晶体学方向, 利用Ni元素连续替换一条原子链上的Ti, Sb原子, 在半导体性CoTiSb基体中设计了一系列均匀分布的Ni基单原子链阵列. 采用第一性原理方法, 研究了Ni基单原子链的电子结构和磁性质, 发现Ni-Sb单原子链具有高度自旋极化率和空穴导电特性, Ni-Ti及Ni-Ni单原子链具有100%的自旋极化率, 并且在CoTiSb基体中形成了以这种Ni基单原子链为中心的、尺寸非常小的单自旋纳米柱通道.     

自旋极化扫描隧道显微术

自旋极化扫描隧道显微术是一种新兴的表面自旋分辨技术，文章主要介绍了自旋极化的扫描隧道显微镜和扫描隧道谱实现表面自旋分辨的原理以及在各种磁性表面研究中的应用，采用自旋极化技术的扫描隧道显微镜可以测量表面磁结构，其空间分辨可以达到原子尺度，分辨率超过其他磁显微技术，而自旋极化扫描隧道谱不但可以分辨空间精细磁畴结构，而且能研究表面态的交换劈裂，文章作者还进一步提出了利用自旋极化扫描隧道显微镜实现自旋注入的设想。     

扰动对有机磁体器件自旋极化输运特性的影响

基于紧束缚模型和格林函数方法,研究了有机磁体晶格扰动和侧基自旋取向扰动对金属/有机磁体/金属三明治结构有机自旋器件自旋极化输运特性的影响.计算结果表明:晶格扰动的存在降低了器件的起始偏压,减小了导通电流,并使得电流-电压曲线的量子台阶效应不再显著,扰动不太强时电流仍呈现较高的自旋极化率;而侧基自旋取向扰动减小了体系的自旋劈裂,增加了器件的起始偏压,低偏压下随着扰动的增强器件电流及其自旋极化率明显降低.进一步模拟了温度对器件自旋极化输运的影响. 关键词： 有机自旋电子学 有机磁体 自旋极化输运 自旋过滤     

四元Heusler合金VFeScP/Ag(100)异质结的结构、磁性以及电子性质

基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了四元Heusler合金VFeScP/Ag(100)异质结的ScP-Ag、VFe-Ag、FeFe-Ag、VV-Ag、ScSc-Ag和PP-Ag这6种原子端面的结构、原子磁性、态密度和自旋极化。结果表明,由于界面原子复杂的相互作用,界面原子层呈现不同程度不平整,从而可能加剧界面层的电子散射。与块体相比,界面原子的配位数变化引起的d电子局域性和磁直接交互的共同作用,导致了的界面原子复杂的磁行为。电子态密度研究发现,原来块体中的高自旋极化率已经被破坏。最大的自旋极化率出现在ScSc-Ag异质结构中,约为53%,预测在自旋阀中有一定的应用潜力。     

通过边缘修饰在非磁性石墨烯基单分子结中引入自旋的理论研究

在分子自旋电子学中,向非磁性的分子器件中注入自旋引起了广泛关注.在此提出一个新颖的策略,将磁性引入到与两个扶手椅形石墨烯纳米带电极耦合的单个苯分子器件中,即将这两个扶手椅形石墨烯纳米带电极的末端切割成锯齿形边缘的三角形石墨烯.利用第一性原理方法研究了分子结的自旋相关输运性质.结果表明,由于锯齿形边缘的三角形石墨烯向扶手椅形石墨烯纳米带电极和苯分子的自旋转移,导致锯齿形边缘三角形石墨烯的本征磁性减弱.有趣的是,虽然锯齿形边缘三角形石墨烯的本征磁性衰减了,但仍对分子结的自旋输运有显著的贡献.输运计算表明,在自旋平行构型下,可以获得较大的电流自旋极化率.然而,在自旋反平行构型下,电流的自旋极化率发生了反转.器件隧穿磁电阻的正负可以通过偏压来调控.这项工作提出了一个在新型分子自旋电子器件中设计和应用石墨烯纳米带的有趣方法.     

Spin-Filtering Transport in Double Parallel Quantum Wires on a Graphene Sheet

We theoretically investigate the spin filtering transport of double parallel quantum wires(QWs) side-coupled to a grapheme sheet and sandwiched between two ferromagnetic(FM) leads.The dependences of the wire-graphene coupling strength,wire-wire coupling strength,as well as the spin polarization of the ferromagnetic leads are studied.It is found that the wire-graphene coupling strength tends to reduce the current and the wire-wire coupling strength can first reinforce and then decrease the current.The spin polarization strength has an enhanced(identical) effect on the current under the parallel(anti-parallel) alignment of the FM leads,which gives rise to an obvious spin-filter and tunnel magnetoresistance(TMR) effect.Our results suggest that such a theoretical model can stimulate some experimental investigations about the spin-filter devices.     

Spin-dependent electron transport of a waveguide with Rashba spin--orbit coupling in an electromagnetic field

We investigate theoretically the spin-dependent electron transport in a straight waveguide with Rashba spin--orbit coupling (SOC) under the irradiation of a transversely polarized electromagnetic (EM) field. Spin-dependent electron conductance and spin polarization are calculated as functions of the emitting energy of electrons or the strength of the EM field by adopting the mode matching approach. It is shown that the spin polarization can be manipulated by external parameters when the strength of Rashba SOC is strong. Furthermore, a sharp step structure is found to exist in the total electron conductance. These results can be understood by the nontrivial Rashba subbands intermixing and the electron intersubband transition when a finite-range transversely polarized EM field irradiates a straight waveguide.     

有机器件电流自旋极化放大性质研究

基于自旋扩散漂移方程,考虑到电场的影响及有机半导体中特殊的载流子电荷自旋关系, 对一个简单的T型结构有机自旋器件模型进行了理论研究,得出了此有机器件的电流自旋 极化放大率表达式.研究表明,器件中极化子比率、电场和电流密度都会影响器件的电流 自旋极化放大率,通过调节此有机器件的电场和极化子比率可以获得较大的电流自旋 极化放大率.     

一维有机聚合物中极化子的自旋进动

从理论上讨论一维有机聚合物中由门电压导致的极化子自旋的输运动力学,由于自旋-轨道相互作用,当极化子沿着聚合物链运动时,自旋发生周期性进动.     

一种等效于反铁磁海森伯混合自旋链的铁磁-反铁磁交替自旋链

利用严格对角化方法研究了一种自旋为1/2的铁磁-反铁磁交替自旋链的物理性质.计算了自旋关联函数、自旋z方向分量、自旋激发谱和磁化曲线等基本物理量,并将这些物理量和自旋为(1,1/2)的混合反铁磁自旋链对应的物理性质进行了比较.结果表明,当铁磁作用居于主导地位时,该模型的物理行为等效于混合自旋模型.因此,可以通过分析铁磁-反铁磁交替自旋链的物理性质研究混合自旋链的物理行为.     

自旋注入有机物的扩散理论

根据自旋注入半导体的相关理论， 考虑到有机体内可能同时含有带自旋的单极化子和不带自旋的双极化子两种载流子，从扩散 理论和欧姆定律出发，建立了自旋注入有机体的唯象模型.通过计算发现，适当选择铁磁层极化率或两层的电导率可以使得有机层内电流具有高的自旋极化.进一步研究了单极化子浓度等因素对注入电流极化的影响. 关键词： 自旋电子学 自旋注入 有机聚合物 极化子     

极化子比率变化对自旋注入有机半导体性质的影响

从自旋扩散方程和欧姆定律出发研究了铁磁层到有机半导体的自旋注入,得到了系统的电流自旋极化率。有机半导体中的载流子为自旋极化子和不带自旋的双极化子,极化子比率在有机半导体内随输运距离变化。通过计算发现匹配的铁磁和有机半导体电导率有利于自旋注入;通过调节界面电阻自旋相关性,电流自旋极化率可获得很大程度提高;极化子比率衰减速率对有机半导体电流自旋极化率具有非常重要的影响。     

Spin Polarization and Spin‐Flip Through Phosphorene Superlattice

The spin‐dependent transport properties, including spin polarization and spin‐flip for phosphorene superlattice in the presence of an extrinsic Rashba spin‐orbit interaction (RSOI) based on the transfer matrix method, are studied. The results show that the number of barriers in the superlattice structure plays a dominant role in output spin polarization, which can be used in designing optimized spintronic devices. In addition, by controlling on the Rashba strength, an incident spin‐up electron can be transmitted as a spin‐down electron. Also, it enables to convert the unpolarized incident electronic beam (with zero spin polarization) into an arbitrary output spin polarization, which plays a significant role in qubit circuits.     

A Scheme for Spin Manipulation in a Quantum Dot with Both Charge and Spin Bias

We propose a scheme for the effective polarization and manipulation of electron spin by using a quantum dot with both charge and spin bias. Using the equation of motion for Keldysh nonequilibrium Green function, we study the spin accumulation and polarization for the system. Through analytical analysis and a few numerical examples, it is demonstrated that fairly large spin accumulation and polarization can be produced due to the breakingsymmetry of the chemical potential for different electron spin in the leads. Moreover, the direction and the strength of the spin polarization can be conveniently controlled and tuned by varying the charge bias or the gate voltage.     

自旋光电流与电流诱导的电子自旋极化——半导体自旋电子学的新进展

文章通过自旋光电流与Kerr效应的实验，介绍在自旋一轨道耦合的体系中，如何通过自旋注入来驱动电子的运动产生电流，又如何反过来通过电子的运动或电流在系统中产生自旋激化．实验结果表明，自旋轨道耦合不但给我们提供了对自旋的操控手段，而且还给我们提供了用非磁性材料且无外加磁场条件下作为自旋源的新途径．