量子点系统在铁磁耦合下的自旋相关输运

日期 2003-01-16　来源：　作者：　【大中小】　【打印】　【关闭】

　　电子不仅具有电荷自由度，也具有自旋自由度。尽管人类在上个世纪二十年代就发现电子具有自旋，但是如何将这一自由度和半导体微电子工艺相结合，做成可供信息存储和数据传输的量子器件是最近几年物理学界才出现的研究热点。随着计算机芯片性能的不断提高和尺寸的逐渐减小，计算机将进入量子阶段。低维半导体材料，特别是量子点系统是目前广泛研究的对象。但是由于量子限制效应带来的库仑碰撞和电－声耦合作用的增强，其电荷自由度的量子相干性很容易被耗散掉。相反，其自旋自由度（特别是核自旋）的退相干时间却变得很长。自从量子纠错编码被发现以后，固体物理学界的研究人员就一直希望利用半导体介观系统的自旋自由度来实现最终的量子计算机。目前包括我国在内的许多国家已经在“自旋电子学”（spintronics）这一新兴的基础应用研究领域展开了密集研究。　　物理所国际量子结构中心张平、王玉鹏、薛其坤、谢心澄探讨了量子点中的电子关联相互作用和自旋翻转散射对自旋隧穿输运的影响，在量子计算和自旋电子学领域取得重要最新成果。他们从理论上构造了一个相互作用量子点模型。在该模型中，含有两个自旋简并局域能级的量子点和外部铁磁体通过隧穿相互作用耦合在一起。他们的计算结果表明，利用两个铁磁电极的内部磁化，可以系统的控制Kondo共振和关联导致的自旋能级劈裂。其直接的结果是，当铁磁电极的极化方向平行排列时，线性电导谱中会出现两个自旋分离的共振峰，这种全新的自旋阀效应是由强关联和外部磁耦合的共同作用造成的。他们还考虑了量子点内的自旋驰豫效应对自旋输运的影响。结果表明，一方面自旋驰豫对自旋劈裂和自旋阀效应起破坏作用；另一方面，自旋驰豫为Kondo效应提供了新的共振通道，表现在局域态密度出现了三个Kondo共振峰。和通常的塞曼效应完全不同，它是外部磁耦合带来的新的物理效应。　　这一研究成果发表在2002年12月31号出版的Physical Review Letters 89，286803（2002）上。该工作得到了科学院知识创新工程、国家自然科学基金委“创新研究群体”基金以及国家科技部973项目的资助。