局域交换场和电场调控的锗烯纳米带自旋过滤效应

基于非平衡格林函数方法,理论研究了Z轴方向局域交换场和电场对锗烯纳米带中电子自旋极化输运性质的影响.结果表明对锗烯的边缘区域施加强度大于其2倍有效自旋轨道耦合强度的交换场,可使自旋向上和向下电子的能带在不同的能量区间产生带隙,从而实现对不同自旋取向电子的100%过滤.提出了一种利用电场辅助降低自旋过滤效应所需阈值交换场强度的方法.研究表明,同时对中心器件区域施加局域交换场和电场,可以在小于有效自旋轨道耦合的弱交换场强度下,在较大的能量窗口区域过滤自旋向上或向下的电子.增大局域交换场强度,自旋过滤效应所对应的能量区间显著增大.     

圆偏振光场调控的锡烯纳米带热自旋输运

利用非平衡格林函数方法理论研究了光场和电场对锡烯纳米带自旋相关热电效应的影响.研究表明,热电电流的性质和强度可以通过圆偏振光场的强度和偏振化方向进行有效调控.在较强的左旋圆偏振光场和电场的共同作用下,锡烯自旋向下的边缘态发生相变形成带隙,通过温度梯度的驱动可以获得100%极化的自旋向下的自旋流.当施加右旋偏振光时,自旋向上的边缘态被破坏,可以产生完全极化的自旋向上的热自旋流.在较弱的外场作用下,边缘态的性质不发生改变,系统不对外输出热电电流.此外,研究表明热自旋流的大小与带隙的宽度有关,适度地增加温度可以显著增大热自旋流的峰值,但是较高的平衡温度和温度梯度将抑制自旋热电效应.     

Rashba自旋轨道耦合下square-octagon晶格的拓扑相变

本文研究了各向同性square-octagon晶格在内禀自旋轨道耦合、Rashba自旋轨道耦合和交换场作用下的拓扑相变,同时引入陈数和自旋陈数对系统进行拓扑分类.系统在自旋轨道耦合和交换场的影响下会出现许多拓扑非平庸态,包括时间反演对称破缺的量子自旋霍尔态和量子反常霍尔态.特别的是,在时间反演对称破缺的量子自旋霍尔效应中,无能隙螺旋边缘态依然能够完好存在.调节交换场或者填充因子的大小会导致系统发生从时间反演对称破缺的量子自旋霍尔态到自旋过滤的量子反常霍尔态的拓扑相变.边缘态能谱和自旋谱的性质与陈数和自旋陈数的拓扑刻画完全一致.这些研究成果为自旋量子操控提供了一个有趣的途径.     

自旋轨道耦合作用下石墨烯pn结的电子输运性质

本文研究了自旋轨道耦合作用下石墨烯纳米带pn结的电子输运性质. 当粒子的入射能量处于pn结两端势能之间时, 粒子将会以隧穿的形式通过石墨烯pn结, 同时伴随着电子空穴转换. 电导随费米能的变化曲线呈不等高阶梯状, 并在费米能位于pn结两端能量中点时取得最大值. 随着石墨烯pn结长度的增加, 电导以指数形式衰减. 自旋轨道耦合作用导致的能隙会使电导显著减小, 而边缘态的粒子则可以几乎毫无阻碍地通过pn结. 本文用一个简单的子带隧穿模型解释了上述特征. 最后还研究了在pn转换区中掺入替位杂质的情况. 在弱杂质下, 电导随费米能变化的曲线将不再对称; 当杂质较强时, 仅边界态的形成的电导台阶能够保持.     

BaCrSi4O10与AgGaSe2:Cr2+吸收光谱的精细结构及自旋单态对零场分裂参量的影响

在强场图像中构造了四角对称环境中Cr²⁺离子包括自旋单态在内的完全能量矩阵, 通过对角化能量矩阵方法, 计算得到了BaCrSi₄O₁₀与AgGaSe₂:Cr²⁺吸收光谱的精细结构及自旋单态对零场分裂参量的影响. 从理论上给出了BaCrSi₄O₁₀与AgGaSe₂:Cr²⁺吸收光谱的精细结构及BaCrSi₄O₁₀的零场分裂参量值. 计算结果显示自旋单态对零场分裂参量D的影响完全可忽略, 但对a和F的影响比较大. 这种影响主要来自自旋-轨道耦合导致的自旋五重态与自旋三重态和自旋单态的相互作用, 而自旋轨道耦合的选择定则显示自旋单态并非直接影响五重态而是通过自旋三重态间接地影响基态的五重态. 因此, 为了得到准确的零场分裂参量值, 所有的自旋态都应该考虑.     

磁性硅烯超晶格中电场调制的谷极化和自旋极化

研究了基于硅烯的静电势超晶格、铁磁超晶格、反铁磁超晶格中谷极化、自旋极化以及赝自旋极化的输运性质,分析了铁磁交换场、反铁磁交换场以及化学势对输运性质的影响,讨论了电场对谷极化、自旋极化以及赝自旋极化的调控作用.结果表明:当3种超晶格的晶格数达到10以上时,在硅烯超晶格中很容易实现100%的谷极化、自旋极化和赝自旋极化,而且通过调节超晶格上的外加电场可以使极化方向发生翻转,从而在硅烯超晶格中实现外电场对谷自由度、自旋自由度以及赝自旋自由度的操控.     

Zigzag型边界石墨烯纳米带的电子态

在紧束缚近似下, 提出有限系统的Bloch定理方法, 解析计算了Zigzag型石墨烯纳米带的电子态和能带.研究发现, 其电子态有两类, 分别是驻波态和边缘态; 驻波态的波矢为实数, 波函数是正弦函数形式; 边缘态的波矢主要是虚数, 实数部分为零或者π/2, 波函数是双曲正弦函数形式. Zigzag型石墨烯纳米带的能带由驻波态能量和边缘态能量组成, 我们推导了边缘态的关于无限长方向波矢和能量的精确取值范围. 讨论了边缘态和驻波态的过渡点, 发现两种电子态通过不同的方式在受限波矢趋于零时关于格点位置逼近线性关系. 当受限方向也变成无限长时, 可以得到与无限大石墨烯相同的能带关系. 关键词： 紧束缚模型 Zigzag型石墨烯纳米带 边缘态     

ZnS:Cr2+中局域晶格结构和自旋单态对零场分裂参量的贡献

在统一配体场耦合图像的基础上,构造了d⁴电子组态过渡金属离子在强场图像下包括所有自旋状态的210×210维完全能量矩阵.通过对角化完全能量矩阵,研究了Cr²⁺掺杂ZnS的局域晶格结构和Jahn-Teller能.理论计算结果与实验值符合非常好.同时,还研究了Cr²⁺掺杂ZnS后体系自旋单态对零场分裂参量的贡献.结果表明:自旋单态对二阶零场分裂参量D的贡献可以忽略,但是对于四阶零场分裂参量a和F的贡献却 关键词： 2+')" href="#">ZnS:Cr²⁺ 统一配体场耦合 自旋单态 Jahn-Teller能     

体态和边缘态的电导峰

本文对有限Su-Schriefer-Heeger(SSH)晶格的能量本征态和电导问题进行求解,着重研究了引线-样品的耦合强度对其体态和边缘态电导峰的不同影响.只有在弱耦合极限下,电导峰才显示全部体态和边缘态的能量本征值;随着耦合强度的增大,全部电导峰都逐渐偏离能量本征值并变宽变低,其中边缘态的电导峰还会逐渐消失;耦合强度继续增大,剩存的电导峰又逐渐变高变窄,并在强耦合极限下与不包含两端原子的新孤立系统的能量本征值一一对应.体态和边缘态对引线-样品耦合强度变化的不同响应可作为区分边缘态与体态的有效途径,亦可作为系统中存在边缘态的重要判据.     

掺杂三角形硼氮片的锯齿型石墨烯纳米带的磁电子学性质

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了三角形BN片掺杂的锯齿型石墨烯纳米带(ZGNR)的磁电子学特性.研究表明:当处于无磁态时,不同位置掺杂的ZGNR都为金属;当处于铁磁态时,随着杂质位置由纳米带的一边移向另一边时,依次可以实现自旋金属-自旋半金属-自旋半导体的变化过程,且只要不在纳米带的边缘掺杂,掺杂的ZGNR就为自旋半金属;当处于反铁磁态时,在中间区域掺杂的ZGNR都为自旋金属,而在两边缘掺杂的ZGNR没有反铁磁态.掺杂ZGNR的结构稳定,在中间区域掺杂时反铁磁态是基态,而在边缘掺杂时铁磁态为基态.研究结果对于发展基于石墨烯的纳米电子器件具有重要意义.     

基于量子自旋-量子反常霍尔效应的单层锑异质结构的热电性质研究（英文）

我们研究了一个基于单层氢化锑的异质结构材料的热电性质,该材料有着新颖的量子自旋-量子反常霍尔效应.我们计算了这种新的拓扑相材料的锯齿形结构纳米带的电导、热导、塞贝克系数以及热电效益指数.通过我们的研究,表明该材料在低温下有着较好的热电性能.此外,我们通过改变样品最外层原子的交换场的方式来调控样品的边缘态,并计算样品热电性质的变化.最后,我们发现随着纳米带宽度的增加,系统的热电性能也会增加.     

缀饰格子中时间反演对称破缺的量子自旋霍尔效应

<正>研究了缀饰格子中的量子自旋霍尔效应,模型中同时考虑了Rashba自旋轨道耦合和交换场的作用.缀饰格子具有简立方对称性,以零能平带和单狄拉克锥结构为主要特点.在缀饰格子中,不论是实现量子自旋霍尔效应还是量子反常霍尔效应,都需要一个不为零的内禀自旋轨道耦合作用来打开一个完全的体能隙,这与石墨烯等六角格子模型有着很大的不同.在交换场破坏了时间反演对称性的情况下,以自旋陈数为标志的量子自旋霍尔效应仍然能够存在,边缘态和极化率的相关结果也证明了这一结论.结果表明自旋陈数比z2拓扑数在表征量子自旋霍尔效应方面有着更广泛的适用范围,相应的结论为利用磁场控制量子自旋霍尔效应提出了一个理论模型和依据.     

弱磁场下三阱光学超晶格中自旋为1的超冷原子特性研究

双阱光学超晶格中的超冷原子是近期冷原子物理领域的研究热点. 本文推广提出了实现三阱光学超晶格的方案, 并采用精确对角化的方法分别研究了弱磁场下对称三阱 光学超晶格中铁磁性和反铁磁性的自旋为1的原子系统的基态, 发现二者的相图很不相同: 反铁磁性原子对应的相图中没有沿磁场方向总自旋磁量子数为±2的基态, 而铁磁性原子对应的相图中可能有. 在负的二次塞曼能量区域, 铁磁性原子的相图中只有完全极化态. 分析了可控参数影响基态的物理本质. 由于这些量子自旋态可以通过调节外磁场和光势垒的高度非常简便而精确地控制, 适合用来研究自旋纠缠. 关键词： 三阱光学超晶格 自旋为1的原子 弱磁场     

基于量子自旋-量子反常霍尔效应的单层锑异质结构的热电性质研究（英文）北大核心CSCD

我们研究了一个基于单层氢化锑的异质结构材料的热电性质,该材料有着新颖的量子自旋-量子反常霍尔效应.我们计算了这种新的拓扑相材料的锯齿形结构纳米带的电导、热导、塞贝克系数以及热电效益指数.通过我们的研究,表明该材料在低温下有着较好的热电性能.此外,我们通过改变样品最外层原子的交换场的方式来调控样品的边缘态,并计算样品热电性质的变化.最后,我们发现随着纳米带宽度的增加,系统的热电性能也会增加.     

铁磁/超导/铁磁异质结中的态密度谱和局域磁矩

通过自洽求解Bogoliubov-de Gennes(BdG)方程研究不同交换场下铁磁和超导之间的相互作用.我们发现超导体内的自旋单态能够穿透进入铁磁体并能在铁磁体内产生一个"子能隙".不同自旋的"子能隙"随着铁磁交换场的增加会在能谱中发生相对移动,形成各种不同结构的态密度.另外,铁磁体的反邻近效应能够在超导区域引起一个局域磁矩.该磁矩会随着铁磁交换场的增加由负变正,这与界面附近超导和铁磁之间的相互竞争有关.     

铁磁非铁磁夹层中电子自旋波的传输及应用

建立了有限对一维铁磁性和非磁性层交错组成的周期系统, 应用布洛赫自旋波量子理论, 研究了该系统的基本性质及电子波函数散射特征对交错层数量依赖的关系. 研究发现: 在系统中电子波函数可表示为无限周期系统中转换矩阵特征向量的叠加或类布洛赫函数, 解此函数可得到任意层数系统的单色波散射的精确解. 在此基础上, 导出了电子波函数在周期系统中反射系数和透射系数对能量的依赖关系. 对光谱窗口的计算发现其势能和宽度几乎与全反射区域一样. 该系统由于高能量的传输和在电子自旋方向上对交换能的依赖而可能用于自旋滤波器. 关键词： 磁性多层膜 铁磁性和非磁性结构 电子散射 电子自旋滤波器     

磁场中的拓扑绝缘体边缘态性质

用数值方法研究了拓扑绝缘体薄膜体系在外加垂直磁场 作用下其边缘态的性质. 磁场的加入通过耦合k+eA, 即Peierls势替换关系和 该作用导致的Zeeman交换场体现在哈密顿量中. 考虑窄条圆环状结构的二维InAs/GaSb/AlSb薄膜量子阱材料, 当其处于拓扑非平庸状态, 即量子自旋霍尔态时, 会出现受时间反演对称性保护的两支简并边缘态, 而在垂直磁场的作用下, 时间反演对称性被破坏, 这时能带将形成一条条的朗道能级, 原来简并的两支边缘态也会分开到朗道能级谱线的两侧, 从电子态密度的空间分布情况则可以看到边缘态分别局域在材料的两个边界. 随着磁场的增大, 位于同一边界上的不同 自旋极化的边缘态将出现分离: 一支仍然局域在边缘, 另一支则随外加磁场的增加而有逐渐演化到材料内部的趋势. 文中还计算了同一边界上的两支边缘态之间的散射, 结果表明由于两个边缘态在空间发生分离, 相互之间的散射被很大的压制, 得到了其散射随磁场增加没有明显变化的结论, 所以磁场并不会增强散射过程, 也没有破坏体拓扑材料的性质, 说明了量子自旋霍尔态在没有时间反演对称的情况下也可以有较强的稳定性.     

自旋陈数理论和时间反演对称破缺的量子自旋霍尔效应

一般认为,量子自旋霍尔效应只有受到时间反演对称性的保护才是稳定的。但是,因为在 实际材料中破坏时间反演对称性的微扰往往无法避免,这种受时间反演对称性保护的量子自旋霍 尔效应在真实环境中并不稳定。本综述将介绍近期在寻找无需时间反演对称性保护的量子自旋霍 尔效应方向上的系列研究进展。我们将证明量子自旋霍尔体系的非平庸拓扑性质在时间反演对称 性被破坏后仍然可以完好存在,并通过一个规范讨论,将边缘态一般性质和体能带的非平庸拓扑 性质联系起来。进一步,将探讨通过人工消除边缘态时间反演对称性而实现稳定的量子自旋霍尔 效应的方案。此外,我们还将介绍自旋陈数理论,自旋陈数是在没有时间反演对称性存在时,表 征量子自旋霍尔体系所处不同拓扑相的有效工具。     

原子辐射的偏振性

置于磁场中的受激原子所发射的光是偏振光,光的偏振性与发射的方向有关.沿磁场方向发射的光是左旋圆偏振光和右旋圆偏振光;沿垂直于磁场方向发射的光是在磁场方向上线偏振的光和在垂直于磁场方向上线偏振的光.我们以原子从初态L=1到末态L=0跃迁的辐射为例,说明原子辐射的偏振性. 原子的辐射过程是发射光子的过程.光子带有一定的能量、动量和自旋角动量(自旋角量子数为1).原子发射光子的过程必须满足相应的守恒定律.原子辐射的偏振性正是由角动量守恒定律所决定的. 取磁场方向为Z轴,初态L=1的原子角动量相对于Z轴有三个取向,磁量子数M一十…     

应力场对多层膜Permalloy/Cu/Co/NiO铁磁共振性质影响的理论研究

采用能量极小原理研究了Permalloy(Py)/Cu/Co/Ni O多层膜结构中层间耦合强度和应力各向异性场对薄膜共振频率的影响,得到共振频率随外磁场强度变化关系式.结果发现外应力场强度和方向对系统共振频率的影响在本文中要强于层间耦合强度和交换各向异性场,外应力场方向对光学模共振频率的影响强于声学模,而外应力场强度对声学模共振频率的影响强于光学模.