单势垒量子阱中自旋抽运电流的研究new

《单势垒量子阱中自旋抽运电流的研究new》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、2005年8月江西科技师范学院学报Aug．，2005第4期JoumMofJiangxiScience＆TechnologyNormalUniversityNo．4单势垒量子阱中自旋抽运电流的研究李宏，王炜路(江西师范大学物理系，江西南昌330027)摘要：利用密度矩阵方法，我们研究了单势垒量子阱中自旋抽运电流，发现当量子阱中的电子发生自旋电子共振时．自旋抽运电流出现极大值。关键词：自旋共振；自旋电流；抽运电流中圈分类号：O512文献标识码：A文章编号：1007-3558(2005)04-0017-03自旋电子学的主要任务是构造基于电子自旋

2、的装置【u。而电子自旋的测量与控制至今仍是一个难以解决的问题。目前为止一种比较重要的控制自旋的方法是在量子阱利用电子自旋共振产生自旋电流。这是因为在量子阱中，电子有相对长的相干时问[2]，比较容易实现对电子自旋的控制。最近由量子点接触而产生的自旋电流已经被探测到[31，在这篇文章中．利用密度矩阵和薛定谔方程我们得出了量子阱中的几率方程，从而求出了单势垒量子阱中自旋抽运电流，我们发现当量子阱中的电子发生自旋电子共振时，自旋抽运电流出现极大值。这与本文的物理过程是想一致的。1．计算过程图1量子阱中电子遂穿示意图装置如图1：左边有一个费米能级为

3、的电子成自旋抽运电流。在这个过程中，我们假定量子阱中库，在单势垒的右问有一个量子阱，由于外加磁场B。两个电子之间的库仑作用力是无穷大的，所以每次的作用，量子阱中的单电子能级发生分裂，占一一占=量子阱中只能遂穿进一个电子。gu,B。g是量子阱中的g因子，是玻尔磁子。外加一个垂直于的振动场8：)，当它的频率等于量子阱2．计算过程系统的哈密顿量可以写成如下形式：中两个分裂能级之问的跃迁频率时，电子发生自旋共振，从低能级跃迁到高能级。电子在系统中的遂穿过程如下：左边电子库中费米能级附近自旋向上的电子遂穿进量子阱，占据自旋向上的Zeeman能级，+

4、一22(c+c2)+日)(1)在振动场B)的作用下，满足自旋共振条件的电子2可以跃迁到自旋向下Zeeman能级上，然后再隧穿出在式子(1)中s=_l／2，(是量子阱中能级处的产生量子阱．这个过程不断地重复．从而在电子库中形(湮灭)算符。同理，c(c)和cS(c)是电子在左面电收稿日期：2005—06—15作者简介：~(1980一)，男，汉族，山东临沂人，江西师范大学物理系硕士研究生，重要从事固体量子计算方面的研究。18江西科技师范学院学报2005年子库中自旋向上和自旋向下的产生(湮灭)算符，第=一r)+rz(6)四到五项描述的是电子在电子

5、库和量子阱之间的Tf=r1+2)(e～Tl—e一ort1)(6b)隧穿，最后一项H)是在量子阱内由rf场产生的自旋态间间的藕合．如果量子阱中rf的频率和ZeemanTf=F2orR／2)(eTl—e一T1)(6c)分裂的频率很接近，那么He(t)可以写成：tT=i(E／h)trrl—F2／2~rrl+i2e。(o-TT-¨)(6d)He(t)：Tdle～+Tdle～)(2)方程(6)具有明显的物理意义，比如公式(6a)，左边的在上式中是Rabi频率。是所加振动磁场的频物理含义是量子阱中两个能级没有电子占据的可能率。性随时间的变化率，它由右

6、边的两项决定，第一项的物理含义是在电子库中自旋向上的电子以几率r系统的波函数可以表示成如下的形式：隧穿进量子阱，它使的量子阱中有电子占据．第二项l．)=[6)+、●'blT(Tc1+、●16，l(fJ,c+、●1b21的物理含义是量子阱中占据la旋向下能级的电子分别以下几率r：隧穿出量子阱。、●1、．1．+62t(t)cTc1c1斗62l(t)clcc-I-⋯】l0)(3)对于方程(6a)一(6d)，当t一∞时并利用o0+otTll=1，1<1’工1<12我们比较容易得出其稳定解：OO006)是在量子阱中某个能级发现电子的可能性，与时O∞

7、5∞05间有关，初始条件b0(0)=l，其他的6(0)均为零。类似4f1(、E／h一(1)22Rr1+(1)2Rr而2f2r1(7)的计算过程可以参考文献[4，5】的方法，我们得出以下的方程所以我们得出通过量子阱的电流是：’=一F-0／I)+r?(4a)，：—————广—广(8)4F(E／h一矿)‘+：厂++f粥=r，)+iR／2)(eT—e一T)(4b)3．结果分析在图2中我们画出了电子库中自旋抽运电流与r一(2)(卜e一f)(4。)所加振动磁场的频率之间的关系，我们把取为1，占一1，2=一2．5，81，2—1．5，F1-0．1，F2=

8、0．15，∞R=0．2，从图中我们：iE／'h一r2／2+ij2(一)(4d)可以明显的看出当外加磁场0=枷‰时，电流达在公式(4)中：到最大值，此时量子阱中的电子正好发生自旋共振。这恰好和我