半導(dǎo)體中自旋軌道耦合及自旋霍爾效應(yīng)

本文主要評(píng)述和介紹半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)中自旋軌道耦合的研究和最近的研究進(jìn)展.我們細(xì)致地討論了半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)中自旋軌道耦合的物理起源和窄帶隙半導(dǎo)體量子阱中的自旋霍爾效應(yīng).我們發(fā)現(xiàn)目前國(guó)際上廣泛采用的線性Rashba模型在較大的電子平面波矢處失效:即自旋軌道耦合導(dǎo)致的能帶自旋劈裂不再隨電子波矢的增加而增加,而是開(kāi)始下降,即出現(xiàn)強(qiáng)烈的非線性行為.這種非線性的行為起源于導(dǎo)帶和價(jià)帶間耦合的減弱.這種非線性行為還會(huì)導(dǎo)致電子的D'yakonov-Perel'自旋弛豫速率在較高能量處下降,與線性模型的結(jié)果完全相反.在此基礎(chǔ)上,我們構(gòu)造統(tǒng)一描述電子和空穴自旋霍爾效應(yīng)的理論框架.我們的方法可以非微擾地計(jì)入自旋軌道耦合對(duì)本征自旋霍爾效應(yīng)的影響.我們將此方法應(yīng)用于強(qiáng)自旋軌道耦合的情形,即窄帶隙CdHgTe/CdTe半導(dǎo)體量子阱.我們發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)外電場(chǎng)或量子阱的阱寬可以作為導(dǎo)致量子相變和本征自旋霍爾效應(yīng)的開(kāi)關(guān).我們的工作可能會(huì)為區(qū)別和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本征自旋霍爾效應(yīng)提供物理基礎(chǔ).

作 者： 常凱 楊文 CHANG Kai YANG Wen   作者單位： 中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體所超晶格與微結(jié)構(gòu)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京,100083  刊 名： 物理學(xué)進(jìn)展  ISTIC PKU 英文刊名： PROGRESS IN PHYSICS  年，卷(期)： 2008 28(3)  分類(lèi)號(hào)： O472+.4 O471.5  關(guān)鍵詞： 半導(dǎo)體   自旋軌道耦合   自旋弛豫   自旋霍爾效應(yīng)  

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