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      介觀鐵磁-量子點(diǎn)-超導(dǎo)系統(tǒng)的自旋電流的研究

      2011-01-01 00:00:00丁號王冰趙輝
      科技資訊 2011年4期


        摘要:本文應(yīng)用南部-自旋空間的非平衡態(tài)格林函數(shù)方法推導(dǎo)了鐵磁-量子點(diǎn)-超導(dǎo)系統(tǒng)的自旋電流公式,數(shù)值結(jié)果顯示該系統(tǒng)具有單一自旋的隧穿共振峰,不同自旋的電流具有不同的反向?qū)ㄩ撝?,是具有?yīng)用前景的自旋電子器件。
        關(guān)鍵詞:自旋極化電流 量子點(diǎn) 非平衡態(tài)格林函數(shù)
        中圖分類號:O488文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
        
        自從Datta提出自旋晶體管[1]的設(shè)想后,自旋電子學(xué)蓬勃發(fā)展,現(xiàn)已成為納米電子學(xué)的前沿課題,為未來電子工業(yè)指引方向。同時(shí)非平衡態(tài)格林函數(shù)方法[2]是迄今為止最有效的處理量子多體問題的工具,被廣泛地用于介觀輸運(yùn)問題。它已被推廣到南部-自旋表象用于研究鐵磁-量子點(diǎn)-超導(dǎo)系統(tǒng)的隧穿電流[3]。近期它被用于鐵磁-量子點(diǎn)-鐵磁系統(tǒng)的自旋電流研究[4],本文利用了南部-自旋表象的非平衡態(tài)格林函數(shù)方法研究了鐵磁-量子點(diǎn)-超導(dǎo)系統(tǒng)自旋電流的極化問題。
        1理論計(jì)算
        本文研究的介觀系統(tǒng):左引線是鐵磁材料,右引線是超導(dǎo)材料,兩引線分別通過有限勢壘與一個(gè)帶有弱磁性的雙能級量子點(diǎn)耦合。系統(tǒng)的總哈密頓量為
         equation reference goes here(1)
        其中 , , ,設(shè)量子點(diǎn)的兩個(gè)能級是非簡并的。 ,場算符 表示在鐵磁引線 中激發(fā)一個(gè)動量為 ,自旋為 的準(zhǔn)粒子。它們是由Bogoliubov變換引入的
         (2)
         (3)
        這里 和 分別是平均場鐵磁模型和BCS超導(dǎo)模型的哈密頓量的場算符, 是鐵磁引線的磁化強(qiáng)度 與量子點(diǎn)磁化軸的夾角。引線與量子點(diǎn)間隧穿哈密頓量
         (4)
         (5)
        不同自旋成分電流通過海森堡運(yùn)動方程定義為
         (6)
        其中不同自旋取向的電子總數(shù)算符 , ,利用場算符的基本對易關(guān)系,以及南部-自旋表象的非平衡態(tài)格林函數(shù)技術(shù)求得了系統(tǒng)自旋電流的積分公式。左引線的自旋電流 , ;右引線的自旋電流 , 。這里定義了
         (7)
         (8)
        其中
         (9)
        并且已經(jīng)考慮了 , 根據(jù)非平衡態(tài)格林函數(shù)的運(yùn)動方程方法得到了南部-自旋表象格林函數(shù)的解:
         (10)
         (11)
        方程中的 是4階對角矩陣,各對角元為
        
        
        其中 ,
        鐵磁線寬矩陣 也是4階對角矩陣,各對角元
        
        
        其中 , , 是從導(dǎo)帶底部到費(fèi)米面的能級間隔, 是電子相對于費(fèi)米面的能量。
        超導(dǎo)復(fù)態(tài)密度線寬矩陣 是4階分塊對角矩陣,各非零的矩陣元
        
        
        其中超導(dǎo)復(fù)態(tài)密度
        
        超導(dǎo)復(fù)態(tài)密度共軛線寬矩陣 。超導(dǎo)實(shí)態(tài)密度線寬矩陣 ,只需要將 中的 換為 ,其中定義了超導(dǎo)實(shí)態(tài)密度 。
        費(fèi)米-狄拉克函數(shù)矩陣 也是4階對角矩陣,各對角元
        
        
        

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