HgTe量子阱隧穿研究

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1、密级：中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences博士学位论文HgTe量子阱隧穿研究作者姓名：指导教师：学位类别：学科专业：培养单位：邹永连谢心澄教授理学博士理论物理中国科学院物理研究所2012年11月ThestudyoftransmissionpropertiesinHgTequantumwellsAuthor：Yong-LianZouSupervisor：Prof．Xin-ChengXieADissertationSubmittedtoGraduateUniversityofChineseAcademyofSci

2、encesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofCondensedMatterPhysicsInstituteofPhysics，ChineseAcademyofSciences11，2012摘要HgTe量子阱是最近凝聚态物理研究的热门领域，它在自旋电子器件方面和基础理论研究都有着重要的地位。本文研究YHgTe量子阱的电子在电磁势垒下的隧穿效应。具体研究包括以下内容：首先系统的介绍了各种隧穿效应。通过计算包括单势垒、单势阱以及双势垒等透射系数，研究了共振隧穿的条件以及共振隧穿随环境

3、参数的变化。其次研究了HgTe量子阱的隧穿系数。在石墨中，电子由狄拉克方程描述，由于狄拉克电子的螺旋度是守恒量会有克莱因隧穿。在HgTe的反带模型中的Hamiltonian也有类似的结构，因此电子也会在散射中保持螺旋度守恒。由于螺旋度守恒导致背散射减弱，因此HgTed?的电子在电势垒中0角度入射几率接近于完美隧穿。我们研究了电磁势垒对HgTe量子阱半导体电子隧穿系数的调制作用。当在电势垒和磁势垒的共同作用下，由于磁势垒的调制作用，会束缚住一部分电子。在磁势垒作用下，原有的禁带宽度会随着磁场的增加而增大。利用磁势垒的这一性质可以在电子器件中束缚HgTe量子阱的

4、电子。最后介绍了在HgTe量子阱在电磁势垒下的准直效应。在电磁势垒的调制下，我们发现，当在特定条件下可产生准直效应，也就是说，入射的电子只有其中某些角度能够通过隧穿。我们研究了准直角度随门电压，磁场强度以及费米能级的变化关系。关键词：HgTe量子阱，磁势垒，准直效应，螺旋度，磁束缚。一II—AbstractHgTequantumwellsaregettingmoreandmoreattentionincondensedmatterphysics，HgTequantumwellsplayanimportantroleinspintronicsandbasicr

5、esearchareas．ThispaperfocusonthetransmissionpropertiesofcarriersinHgTequantumwellswithelectric-magneticbarrier．Itmainlycontainsthefollowingstudies：First，itintroducessomekindsoftunnelingprocess．Throughthecalculationoftransmissioncoefficientsinsinglebarrier，singlewellanddoublebarrier

6、，itCanbeseenhowtheresonanttunnehngprocess-isinfluencedbytheenvironmentparameters．Second，thetransmissionofHgTequantumwellswasstudied．Ingraphene，theelec-tronsaredescribedbyDiracequation．TheelectronshaveKleintunnelingthroughelectricbarrierduetothehelicityofDiracelectrons．InHgTequantum

7、wellswithinvertedbandstructure，theeffectiveHamiltonianofelectronshavesimilarstructuretographene．SoduetothehehcityofelectronsinHgTequantumwells，theelectronscantunnelelectricbarrieratnormalincidenceperfectlyforintra-bandtunnelingwhichpreventsbackscat—tering．Thiseffectwillcausedifficu

8、ltyintrapelectronsinHgTeQW