量子器件自旋流噪声谱的研究

自旋电子学是目前凝聚态物理的一个研究重点，自旋器件具有重要的潜在应用价值，产生和控制自旋流是自旋电子学的最重要内容。对于纳米导体，载流子的相干行为不仅给出了弹道噪声（shot noise）的概念，还可以提供纳米结构的进一步信息，因此对自旋器件中自旋噪声谱的研究是非常重要的。本项目中，我们将利用非平衡格林函数方法，研究铁磁(或非磁半导体)与量子点（或分子族）耦合的体系中电子输运的噪声谱特性，利用系统的参数(如量子点的门电压)来产生和调控自旋流，研究自旋流和自旋流噪声谱的特性，并利用非平衡格林函数和密度泛函理论相结合的方法对一些具体系统（比如Fe(Co、Ni)的磁点接触、含有石墨烯（graphene）、碳纳米管等的自旋调控系统）的自旋噪声特性进行第一性原理的计算。

我们主要利用非平衡格林函数的方法从理论上对自旋流以及自旋矩在非线性自旋极化输运的自旋阀器件中的噪声谱问题进行了相应的研究。主要研究的内容为考察噪声谱随着偏压的变化关系，以及噪声谱和右边导线旋转角度之间的关系。. 经过研究发现，对于铁磁-正常-铁磁体系而言，自旋流的自相关函数足够描述自旋流的噪声谱，没有必要额外利用互相关函数来描述，因为两者是大小相等符号相反的。但是，对于三铁磁层的体系而言，由于自旋流不守恒，导致我们需要分别利用自相关和互相关函数来描述该体系的噪声谱。更进一步，我们还研究了自旋矩随角度和偏压的关系，同时还研究自旋矩的噪声谱。我们发现对于单能级的量子点而言，如果体系远离共振态，那么自旋矩和角度的关系满足正弦函数关系的，但是当两者接近共振态时，自旋矩和角度就不在满足正弦函数关系。并发现自旋矩的噪声谱有类似自旋流噪声谱的性质。. 整个项目期间，我们共培养四名研究生，已发表论文4篇，待发2篇（其中一批已投Nanotechnology，正在审稿)。