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自从在量子系统周期演化过程中发现Berry相位以来,几何相位的重要作用已经在许多物理分子学科中被发现。尤其是,在介观环的量子输运中,几何相位对电子相干输运的调控研究已经成为介观物理的重要专题。
本硕士论文主要研究带有量子门的Aharonov-Casher环中的自旋相关电子输运;获得AC相移以及量子门对介观环器件电导振荡的调控作用,以及温度对AC环中电子输运的影响。
在本文中,主要研究了两个问题。第一个问题:研究在零温下电子通过AC环的传输特征。在同时为加电场和磁场情况下,我们获得了介观环中运动电子的能谱和本征函数。在弱塞曼耦合条件下,推导了量子门-环系统电子自旋相关传输系数的解析表示。研究表明量子门作为一个相位调制器。控制环系统电导AC和AB振荡的形式;同时,AC和AB相位的竞争决定了电子通过环的输运行为特征。我们还讨论电子的Zeman耦合对于自旋态电子输运影响。我们发现,对于一般入射电子能量,自旋态电子传输系呈现AC振荡。在绝热范围内,AC相移是线性增加,AC电导呈周期的振荡;在非绝热范围内,AC相移的非单调变化,导致反常电导变化。如果入射电子费米能量等于孤立量子门一个束缚能级时,自旋态电子的传输系数被锁定为一个恒定的值;它与AC和AB相移无关。由入射电子能量和环的几何结构参量决定。并且我们获得了恒定振荡全投射或全反射的条件。
第二个问题,我们讨论了温度对电导AC振荡的影响。研究表明,随着温度的升高,电导的AC振荡通常将出现一个三峰的周期线性,这是由于在有限温度下入射电子费米能量附近KBT范围内电子都是以一定的统计权重参与传输,而导致的部分退相干。计算结果表明,随着入射电子费米温度的增加,部分退相干的温度会升高。
本硕士论文中,我们还研究了含有磁性杂质一维量子线中极化电子自旋相关的传输。我们假定,电子和杂质的自旋交换作用将产生电子自旋的翻转散射;这个散射是弹道散射,没有任何形式的能量交换。研究表明,当入射电子费米能量通过每个子能带底时,子能带内和子能带间的自旋向上/向下传输系数都将出现一个Fano共振线型。随着入射能量增加,子能带内自旋向上传输系数的Fano共振强度减弱,共振宽度增大。这是由于低能的入射电子增强了自旋交换作用的有效耦合强度。我们发现,强的交换作用和小的入射电子能量将增强传导电子和杂质自旋的纠缠,它将导致相位相干退化,并进一步破坏电导量子化台阶结构,压制电导台阶的高度。
希望这些结果能够对新一带的自旋电子器件设计和制造提供有意义的理论基础。