两终端aharonovbohmcasher干涉仪中的自旋塞贝克效应
第一章 绪论 2
1.1热电效应和热自旋效应 2
1.2介观体系和ABC干涉仪 2
1.3量子点及其效应 3
1.3.1量子点 3
1.3.2 量子隧穿效应 4
1.3.3 共振隧穿效应 5
1.3.4 库伦阻塞效应 5
1.3.5 Rashba自旋轨道耦合效应 6
1.4 自旋流、电荷电流和自旋极化度 6
1.5热自旋电子学 7
1.6研究的理论方法 8
1.6.1量子力学基本理论知识应用 8
1.6.2非平衡态格林函数 8
第二章 两终端ABC干涉仪中的自旋塞贝克效应的研究 10
2.1研究背景 10
2.2 模型和方法 11
2.3 计算结果分析 12
结论 17
致 谢 18
参 考 文 献 19
第一章 绪论
1.1热电效应和热自旋效应
热电效应又叫温差电效应，是1823年由seebeck首次发现的。实验上表现为两种金属形成的回路若保持两节点温度不变则会形成相应的电势差，其实质是两种金属中电子的逸出功及浓度不同，加以温度梯度使电子趋于结点，在结点处形成电动势，将热能转化成了电能。
与传统
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谢 18
参 考 文 献 19
第一章 绪论
1.1热电效应和热自旋效应
热电效应又叫温差电效应，是1823年由seebeck首次发现的。实验上表现为两种金属形成的回路若保持两节点温度不变则会形成相应的电势差，其实质是两种金属中电子的逸出功及浓度不同，加以温度梯度使电子趋于结点，在结点处形成电动势，将热能转化成了电能。
与传统的seebeck效应相对应，自旋seebeck效应指利用温度梯度产生自旋电势差的现象，需要指出这里的电势差是自旋向上和自旋向下的电势的差值。自旋seebeck证实是利用自旋Hall效应的逆过程[1]实验得出的。正因为自旋流本身拥有电荷电流所没有的许多特性，如自旋极化，自旋散射，自旋积累[2]等，所以它的应用更加广泛，前景也更加丰富。本文着重于自旋流自旋极化特性在自旋电子学领域的广泛应用，并引入新的驱动——温度梯度来研究自旋流的极化特性，即所谓热自旋电子学。
1.2介观体系和ABC干涉仪
介观体系的概念是在研究无序体系的电子输运时逐步形成的。物理学中的研究体系通常区分为微观和宏观，其中微观体系的尺寸一般为数量级，而宏观体系的尺寸一般达到级。尺度只是表征，关键各自条件下的物理规律有截然的差别。宏观体系我们接触最多，经典力学足以解决；在微观体系中，由不确定性关系可知经典力学不再准确，我们要用微观的量子力学定律替代之。我们所要研究的介观体系的系统尺寸介于宏观体系和微观体系之间，经典力学依然会产生较大误差，所以视情况采用量子力学或半经典量子力学，然而要知道其确切的尺寸范围应当考虑系统的物理性质和温度。例如对于介观系统的电导性而言，系统的尺寸必须足够小，即尺寸小于电子的相干长度，并且温度要足够低，才能使电子从系统的某个电极到另一电极保持量子相干性。与此相对，其尺寸大于电子相干长度就是扩散输运，在扩散输运中无法记录电子的运动轨迹或是某时刻的运动状态。此处要说的介观物理所研究的正是是系统尺寸小于电子的相干长度的范围，研究的是弹道输运[3]，可以准确记录电子的运动状态。例如对于温度约为几K，系统尺寸0.1到1微米的量级的介观系统，如果仅从尺度上来讲，该体系已大致属于宏观范围（也是介观尺寸所允许的），由于满足介观系统的条件，该体系具有量子力学的特性，电子运动具有的量子相干性，随之出现一些新的与量子力学相位相联系的量子干涉现象，和微观体系很类似。因而，介观系统的物理量可以像宏观系统那样方便地定义和测量，换言之整个体系的量由小系统量的叠加得到。但需要注意的是，粒子波函数相位无法被统计平均掉，量子力学的现象在介观系统中仍会体现出来。比如粒子性表现出来的有弹道输运、载流子的，而粒子的波动性电子隧穿中的共振隧穿等，这些在此介观体系中都表现出来了。可见，无论与宏观系统还是与微观系统相比，介观系统有得天独厚的方便研究的优势，介观导体的尺寸远大于原子这样的微观客体，便于实验观察，又远没达到一些现实用的电路尺寸，很好地保留了量子规律。由此衍生的量子器件不再满足宏观物理中的叠加原理，并产生出很多具有量子特性的奇异现象，也正因为这些奇异而有利的现象，使人们对介观量子器件的研究产生了极大的兴趣。
ABC干涉仪又称AB干涉仪（由于Aharonov-Chasher 相位的提出，称为ABC干涉仪），根据AB效应[4]原理制成。AB效应说明电磁失势具有可观测的物理效应，并不是仅仅是数学中的一个辅助量。直观的，当电磁场强度为零而失势和标势不为零时，其中的两束粒子相位就会发生变化，汇聚相干后形成干涉现象，这是被实验观测到的，这就说明了失势的一种实在的物理影响。AB效应实验只是一种验证性实验，然而ABC干涉仪却是有实际应用的，当通过磁场时它能产生周期性循环流，当然这要在超导条件下才可实现，一般的我们都是在两端加电压或者是温度使其产生循环流，此时磁场的作用仅仅是改变电子的相位，但是只要有磁场，并且磁场对干涉效应做出了贡献，我们就可以把这样的系统称之为AB干涉仪。
1.3量子点及其效应
1.3.1量子点
量子力学中有一种叫箱归一化[5]的方法，假定自由电子在三个维度处于有限的空间时，其三个方向上的尺寸分别为,我们可以求得自由电子的平面波函数为，对应的本征值，为电子波矢，同时受周期性边界条件的限制我们可以得到,,。其中 均为整数，每一组 都与电子的一动量本征态相对应。
根据泡利不相容原理，两个自旋方向不同的电子占据同一个动量本征态；又根据能量最低原理，电子最先占据的是能量最低的状态，这样电子依次占据各个能级状态，而能量最高的电子所对应的波矢就是费米波矢 ,其中是费米波长。当体系的尺寸较近于费米波长时，其量子特性会很明显，当体系的尺寸和费米波长相比较有较大差别时，量子特性可以不予考虑，所以体系的量子相干性会容易被打破；因而，就可以通过电子的费米波长定义体系的有效维度数。
典型的低维量子结构有量子阱、量子线和量子点等。量子阱(quantum well)是我们所常见的量子结构，也是应用最多的，包括各大量子力学教科书中也广泛引用，例如一维无限深势阱，实质是电子运动一维与相近，其相干性导致电子的能级是分立、不连续的；量子线(quantum wire)就是微观导线，但其中输运的电流不遵循宏观性质，就其结构，类比量子阱来讲，电子运动二维方向上的运动波长与相近，因此在这两个方向上能级是
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