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.     

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.     

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.     

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.     

偶极-偶极相互作用下双势阱中旋量玻色-爱因斯坦凝聚磁化率的非线性动力学性质

利用平均场理论和单空间模近似，研究了偶极-偶极相互作用下双势阱中总自旋F=1的旋量玻色-爱因斯坦凝聚磁化率的非线性动力学性质.在给定的初态条件下，研究结果表明：当λ_A+2λ_d=0时，凝聚体只表现为磁化振荡行为；当λ_A+2λ_d≠0时，凝聚体既存在磁化振荡行为，又存在磁自陷俘现象. 关键词： 玻色-爱因斯坦凝聚 自旋 磁化率     

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.     

磁性物质交换Hamiltonian中两项的竞争

对于一个N电子体系, 正确的交换Hamilton应该由两项组成，为H_ex=-2A1ii·s_j-2A₂ii·sj，而不是以往的铁磁学理论使用的H_ex=-2Aii ·s_j （其中A为A₁与A₂的代数和， A₁>0, A₂<0）, 以往的理论使用了一个不合理的交换Hamiltonian量.-2A₁ii·s_j与-2A₂ii< /sub>·s_j在数学上是同类项，但是在物理上不是 同类项，它们有不同的本征态和本征值.根据量子力学中的态叠加原理，这个电子系统的本 征态矢为X〉=1A²₁+A²₂(A₁ 1〉+A₂‖2〉),其中Dirac符号1〉表示系统所有电子 的自旋平行排列时的态（简称平行自旋态）矢量，2〉表示系统所有电子或最近邻电子的自 旋反平行排列时的态（简称反平行自旋态）矢量，H_ex的本征值（即系统的 交换能） 为E=-Nz（A₁-A₂）-2NzA₂²A₁ +A₂=-Nz（A₂-A₁）-2NzA²₁A< sub>1+A₂,其中z为最近邻电子数.当A₂=0时，X〉=1〉，E =-A₁, 系统具有Wei ss 铁磁性；当A₁ =0 时，X〉=2〉，E =-A₂，系统具有Neel 反铁磁性；当A₁ =A₂（即A=0）时，X〉=12 (1〉+2〉)，E=-A₁，系统处于自旋玻璃（spin glass）态；当A₁>A ₂时，X〉=1A²₁+A²₂［(A₁-A₂)1〉+A₂(1〉+2〉)］,平行自旋态与自旋 玻璃态共存；当A₁2时，X〉=1A²₁+A2₂［(A₂-A₁)2〉+A₁( 1〉+2〉)］，反平行自旋态与自旋玻 璃态共存.与原来理论中的Weiss铁磁态或Neel反铁磁态相比，平行自旋态与自旋玻璃态共存 或反平行自旋态与自旋玻璃态共存使系统的交换能降低.自旋玻璃态中电子自旋之间取向的 随机性或无序性是由交换Hamiltonian中-2A₁iis_j与-2A₂ii·s_j之间的竞争引起的，不是热运 动引起的. 关键词： 交换哈密顿量 铁磁态 反铁磁态 自旋玻璃态     

La0.7Sr0.3-x□xCoO3(0≤x≤0.2)钴氧化物中锶空位诱导的自旋态转变效应

研究了锶空位对La_0.7Sr_0.3-x_xCoO₃ (0≤x≤0.2)多晶钴氧化物结构、磁性和输运性质的影响.结果表明：随着锶空位浓度x的增大,A位阳离子无序度增大,导致铁磁双交换作用减弱及反铁磁超交换作用增强,两者相互竞争,出现团簇自旋玻璃态;空位浓度超过10%后,Co—O键长迅速减小,导致晶体场劈裂能加大,大部分三价钴离子以低自旋态出现,系统基态为类超顺磁态, 关键词： 空位掺杂 钴氧化物 自旋转变     

磁性半导体/磁性d波超导结中的自旋极化输运

通过求解磁性d波超导中的能隙与磁交换能的自恰方程,利用推广的Blonder-Tinkham-Klapwijk 理论研究磁性半导体/磁性d波超导结中自旋极化准粒子输运系数与微分电导. 计算表明： 1) 磁性d波超导结中的磁交换能h₀可导致零偏压电导峰与能隙电导峰劈裂,劈裂的宽度为2h₀;2) 磁性半导体中的磁交换能h_FS可使零偏压电导峰劈裂的峰值变低. 而由能隙电导峰劈裂的两个子峰,当两种磁性材料的磁 关键词： 磁性半导体 磁性d波超导体 自旋极化输运     

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.     

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     

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.     

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     

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.     

双能态自旋-晶格声子耦合量子隧道系统的非经典能态和量子相干耗散

采用关联表象变分波函数方案, 介入三个非经典关联效应, 求解有限温度双能态自旋-晶格声子耦合量子隧道系统的非经典态, 着重研究化解由于粒子自旋-单声子相互作用引起的量子涨落导致双能态系统的退相干性量子耗散. 这三个非经典关联效应是: 1) 声子位移-粒子自旋 (σ_z)间强非绝热关联; 2) 声子压缩态效应及其伴随发生的单声子相干态-声子压缩态两过程相干效应; 3) 由关联表象导致的声子位移(U_D)与声子压缩(U_S)的表象关联非绝热修正. 结果表明: 由于引入粒子自旋-双声子相互作用, 大幅度地增强了声子场压缩态, 特别是更进一步极大幅度地增强了非经典压缩-相干态效应. 因此, 由粒子自旋-单声子相互作用产生的Debye-Walle相干弹性散射效应导致量子隧道项(-Δ₀σ_x)的强烈指数衰减及其伴随严重的量子相干损失的极大幅度的抑制, 并且自旋-晶格声子耦合量子隧道系统的非经典态能量大幅度降低. 关键词： 非经典能态 量子隧穿相干损失 自旋-双声子相互作用 压缩相干态效应     

化合物HoMn6Sn6的磁晶各向异性及自旋重取向相变研究

采用交换相互作用的分子场理论模型对金属间化合物HoMn₆Sn₆的自旋重取向相变进行了研究. 从理论上计算了HoMn₆Sn₆的易磁化方向以及Ho和Mn离子磁矩与c轴夹角随温度的变化. 基于单离子模型计算了Ho离子的一阶和二阶磁晶各向异性常数K_1R和K_2R随温度的变化. 研究表明，为了很好描述该化合物的自旋重取向相变，必须考虑Ho离子的四阶晶场项及相应的二阶磁晶各向异性常数K_2R，K_2R与K_1R和Mn离子磁晶各向异性常数K_1t之间的相互竞争是导致HoMn₆Sn₆自旋重取向相变的重要因素. 关键词： 稀土-过渡族金属间化合物 自旋重取向 磁晶各向异性     

纳米晶体ZnS：Mn2+发光寿命异常减缩机理的探讨

纳米晶体ZnS:Mn²⁺中Mn²⁺粒子⁴T₁→⁶A₁的发光寿命比晶体减缩了5个量级,这颇令人费解,因为通常解除自旋禁戒的磁作用远无如此强的效应.假定基质态的自旋不为零,且考虑了Mn²⁺的d电子和基质之间的交换库仑作用.若基质存在比Mn²⁺的⁴T₁激发态能量略高的某种激发态,则这种交换库仑作用将导致这两种激发态之间的混合,从而可解除发光能级弛豫中的自旋禁戒.这种混合随基质颗粒尺寸的减小而加强.我们并对此机制进行粗略的数值估计,给出了和实验相容的结果.     

Sr2CoO4-δ薄膜中的自旋玻璃态的磁性质研究

用脉冲激光沉积方法(PLD)在铝酸镧衬底上制备了c取向的高氧空位含量的锶钴氧薄膜.X射线衍射分析表明薄膜单一取向且没有明显杂相.原位的高气压反射式高能电子衍射仪(RHEED)监测显示,薄膜为层状生长.通过对薄膜磁化强度随温度、磁场及时间的变化曲线进行测量,发现零场冷曲线上可能存在两个特征温度:T_f和T_a.T_f为对应玻璃态的冻结温度而T_a对应少量的不缺 关键词： 自旋玻璃 超交换相互作用 双交换相互作用 脉冲激光沉积     

三维量子Hall效应电阻平台与能隙

量子Hall效应最先在强磁场中的二维电子气体中产生，是一种内部绝缘、边缘单向导电、电阻为零的拓扑绝缘态，电阻平台的出现及纵向电阻的消失是量子Hall效应产生的标志。对于三维电子气体，z方向的自由度会破坏体系内部绝缘，阻碍量子Hall效应产生。解决问题的方法是让z方向磁场引诱体系在费米能级处产生能隙，从而保障内部绝缘。三维量子Hall效应是研究量子相变很好的平台，z方向磁场引发两种相变：在xy平面引发拓扑相变，在z方向引发体系由金属态向绝缘态的朗道相变。三维量子Hall效应最近在ZrTe5、HfTe5材料中观察到，与二维整数量子Hall效应的电阻平台出现在整数处不同，三维量子Hall效应的电阻平台出现在h/e²λ_F,z/2处，其中λ_F,z为电子在磁场z方向的费米波长。本文讨论量子Hall效应电阻平台出现以及纵向电阻消失的原因：朗道能级填满阻止左右边缘态电子的相互散射，保障了体系边缘的单向导电性和零电阻；用规范不变性理论推导三维量子Hall效应电阻平台的理论值，理论值与实验结果符合得很好；从自旋与轨道耦合理论出发，推导磁场在...