摘要
自旋霍尔效应、自旋电效应、自旋轨道矩、自旋量子比特、拓扑态、低维狄拉克系统和冷原子系统等物理前沿领域，自旋轨道耦合电场调控都是其中一种重要的调控手段。实验上通过对Rashba自旋轨道耦合的电场调控在InGaAs/InAlAs异质结构和HgTe量子阱中实现了对电子的自旋状态的操控，具有在自旋电子学的研究以及量子计算应用的巨大潜力。二硫化钼作为目前研究较为广泛的二维纳米材料之一，具有众多优异的物理特性，例如不为零的带隙和不可忽略大小的自旋轨道耦合等，因此在自旋电子学等研究领域中具有重要的理论与应用研究价值。压电电子学和压电光电子学，压电性质、半导体性质和光激发性质耦合通过压电电场调控，在压电场效应晶体管、摩擦电纳米发电机、应变传感器、发光二极管(LED)、太阳能电池、应变垂直纳米线阵列、压电光电子应变传感器阵列、二维压电晶体管和应变门控晶体管等高性能器件中广泛应用。压电电场在量子尺度下，特别对第三代半导体材料和低维半导体材料，例如氧化锌、氮化镓、氮化磷、硫化镉和单层的二硫化钼等，可变应变引起的压电电场可以有效地控制压电半导体的载流子输运特性。本论文研究了通过压电电场引起的极化调控自旋轨道耦合影响输运特性，具有重要的理论意义和应用价值。 本论文研究的主要内容如下所示： (1)研究对比了目前自旋电子学中自旋轨道耦合的调控及其机制，主要分为三部分。自旋的产生及操作：自旋霍尔效应、自旋干扰、自旋电效应、电子自旋操纵和抑制自旋弛豫；自旋轨道耦合的应用：自旋轨道矩和自旋量子比特；新系统中的自旋轨道耦合：拓扑态和马约拉纳费米子、低维狄拉克系统和冷原子系统。 (2)研究了利用压电电场与应变共同作用来影响低维压电半导体电子自旋的影响规律。通过压电电场调控Rashba自旋轨道耦合影响自旋分裂，同时结合应变对带隙等的改变达到对电子自旋的综合调控，提高对自旋输运过程的调控能力。 (3)通过洛丁微扰方法和有限差分法求解薛定谔方程与泊松方程计算了GaN/AlGaN量子阱中的自旋轨道耦合系数及电导随应力变化特性。通过一种快速收敛算法求解格林函数计算了扶手椅型二硫化钼纳米条带和锯齿型二硫化钼纳米条带的能带、电导和自旋极化率随电磁场及自旋轨道耦合系数变化特性。
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