星形量子点结构中电子的自旋输运文献综述

 2023-11-20 15:19:35

文献综述

随着新兴技术的发展,越来越多的纳米量子器件已经被研发出来。也随着量子这个领域被人们慢慢的去发现,由于体系的输运性质决定了器件的特性,因而输运性质的研究具有重要的理论研究意义和潜在的应用价值。目前量子点结构中电子的自旋输运是凝聚态物理中十分活跃的前沿研究领域之一。

近年来,对电子自旋的研究已经成为凝聚态物理学和材料科学发展中的一个热点课题,且逐渐形成新的研究领域——自选电子学,自旋电子学是上世纪90年代以来飞速发展起来的新兴学科。与传统的半导体电子器件相比,自旋电子器件具有非挥发性、低功耗和高集成度等优点。电子学、光学和磁学的融合发展更有望产生出自旋场效应晶体管、自旋发光二极管、自旋共振隧道器件、THz频率光学开关、调制器、编码器、解码器及用于量子计算、量子通信等装置的新型器件,从而触发一场信息技术革命。

量子点结构成为近年来的研究热点,由于纳米技术的进步,使人们能够在人为控制的条件下,使用量子点系统研究Fano和Kondo共振各个方面的性质,这极大地增加了人们在介观系统中研究这两个效应的兴趣。在量子点结构中,与单个量子点相比,量子点分子结构具有更多的结构参数可以调控,其所实现的丰富的物理效应可作为未来量子信息及量子计算等器件的物理基础。量子点分子结构的电子输运特性是目前关于量子点研究的热点方向。量子点的制备方法在目前而言还不算完备,现在制备半导体量子点比较成熟的方法有三种:(1)利用刻蚀结构技术生成量子点。(2)利用劈裂栅技术,在二维电子气上加负压,使电子在三维受限,形成量子点。(3)利用分子束外延自组织生长形成量子点的方法。前两种方法在形成量子点的大小、形状都是可调的,但是受到超微细加工仪器的限制,导致量子点表面出现很多的位错缺陷,而使器件性能达不到理论预期的水平。第三种虽然提高了量子点的均匀性和材料性能,但是量子点的几何形状和尺寸却很难控制。

近年来,随着电子束蚀刻、劈裂栅技术和分子束外延等精密加工技术的发展,人们已经成功制造出线度只有10-8nm的人造低维半导体结构,其中包括量子点、量子阱和量子线。介观电子输运主要研究的就是电子在微小系统中的输运性质,现在我们通常可以应用非平衡格林函数理论来对量子点输运特性进行研究,通过研究介观系统,我们可以更好的在介观体系内可以观察到许多与经典输运完全不同的新奇的输运现象。低维介观体系中,能带人工可剪裁性、量子尺寸效应和电子液的量子相干属性产生了许多新现象和新效应,并因此受到人们的广泛关注。作为展现低维介观体系量子效应的典型代表,量子点系统成为最近几年来的研究热点。随着现在的电路渐渐进入介观领域,所以就必须考虑电路及器件的量子效应。相比较传统的电子电荷自由度器件,利用电子自旋自由度多于电子电荷自由度的基于自旋的器件有更多的优势,例如,较少的能量损耗和较快的处理速度,都是传统电子器件所不能达到的,虽然现在量子点中电子输送的研究还不算成熟,但是我们可以利用前人的研究成果利用系统的哈密顿量,根据非平衡格林函数方法计算,并通过电脑软件画图,来对我们研究的结果进行讨论和分析,为设计和制造具有优良性能的量子器件提供物理模型和理论依据。

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