自旋電子器件—自旋場效應(yīng)晶體管(編輯修改稿)
2025-07-19 19:07 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 z 方向的電子與自旋沿 z 方向的電子有不同的波矢k1 和k2 . 考慮一個沿+x方向運(yùn)動的具有kz =0, kx ≠0的電子,那么Rashba項HR 等于ησzkx. 這使自旋沿+z 方向電子的能量提高了ηkx ,而使自旋沿 z 方向電子的能量降低了相同的值,所以有 （4） （5）顯然在自旋沿+z 方向和自旋沿 z 方向的電子間產(chǎn)生了正比于自旋軌道耦合系數(shù)的相移差 （6）一個顯然的問題是η是否足夠大以使得在一個平均自由程中能達(dá)到π的相移差, 對InGaAs/InAlAs異質(zhì)結(jié),從實驗上觀察到的零場自旋劈裂,可以估算出η大約為3010 12eVm,這給出L(Δθ=π) =0. 11μm。自旋軌道耦合常數(shù)η正比于異質(zhì)結(jié)界面處電場的期望值,原則上可通過門電壓加以控制. 使用鐵磁電極作為極化器與分析器、以及使用窄禁帶半導(dǎo)體在兩種自旋電子之間引入可由門電壓控制的相移差,從而實現(xiàn)與光調(diào)制器類似的基于電子波的電流調(diào)制的器件。自旋場效應(yīng)晶體管的提出是自旋電子學(xué)中最有影響的概念之一。它是借助于自旋軌道相互作用的完全電學(xué)操控自旋動力學(xué)的方案,而傳統(tǒng)方案是通過外加磁場來控制自旋。 眾所周知,在非常小的體積和非常短的時間尺度中產(chǎn)生及控制電場遠(yuǎn)比控制磁場容易,因此全電學(xué)方案為有效的自旋局域操作和利用現(xiàn)成的傳統(tǒng)高速數(shù)字電子線路的集成技術(shù)提供了可能。 在設(shè)想的自旋場效應(yīng)晶體管器件中,當(dāng)自旋(方向指向輸運(yùn)方向)從源極注入半導(dǎo)體量子線時,由于受到門電壓調(diào)節(jié)的Rashba自旋軌道互作用(起源于異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)反演不對稱性) ,它就在這非磁區(qū)域中以一種被控制的方式進(jìn)動,最后以一定的概率(依賴于進(jìn)動的角度)進(jìn)入漏極，于是這種含極化器和分析器的電學(xué)方案將能調(diào)節(jié)自旋極化的源漏極電流。自旋場效應(yīng)晶體管的研究現(xiàn)狀和存在的問題自旋場效應(yīng)晶體管自提出后引起了人們的極大興趣,很多研究小組對此進(jìn)行了研究。盡管自旋電子學(xué)的前景誘人,但是基于自旋的電子器件真正走向?qū)嵱眠€面臨一些困難:(1) 要有足夠的自旋注入效率. 因為高自旋注入效率才是基于自旋的半導(dǎo)體電子器件走向應(yīng)用的前提. 實驗上發(fā)現(xiàn)鐵磁金屬通過歐姆接觸注入到半導(dǎo)體后其自旋極化率一般只有0. 1%～1%. G. Schmidt 等
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