本文選題：分子磁體雙子 + 自旋極化��； 參考：《山西大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：介觀系統(tǒng)中的量子輸運(yùn)已經(jīng)被研究了數(shù)十年。在簡(jiǎn)單的量子點(diǎn)系統(tǒng)中就有很多有趣的效應(yīng)被發(fā)現(xiàn),例如近藤效應(yīng)、庫(kù)倫阻塞、泡利自旋阻塞、負(fù)微分電導(dǎo)、隧穿磁阻效應(yīng)、自旋軌道耦合和熱電效應(yīng)等。最近幾年,人們更多關(guān)注分子磁體,其中分子磁體與電子之間的自旋交換相互作用都會(huì)導(dǎo)致一些新奇的現(xiàn)象。磁隧穿結(jié)中由電流不平衡引起的隧穿磁阻效應(yīng)尤其受到人們的關(guān)心。首先,我們用順序隧穿機(jī)制下的率方程方法研究了串聯(lián)雙量子點(diǎn)中的自旋極化輸運(yùn),其中串聯(lián)雙量子點(diǎn)弱耦合于共線的鐵磁電極,而我們主要關(guān)注自旋交換相互作用對(duì)輸運(yùn)特性的影響。我們?cè)诜菍?duì)稱的雙量子點(diǎn)輸運(yùn)中發(fā)現(xiàn)巨大的負(fù)微分電導(dǎo),它是由兩個(gè)量子點(diǎn)間的能級(jí)差引起的。事實(shí)證明,隧穿磁阻與偏壓相關(guān),而且散粒噪聲對(duì)自旋交換相互作用非常敏感,而自旋交換相互作用使得自旋極化電流更加不平衡。電極磁化方向平行時(shí),自旋交換相互作用更傾向于自旋聚束,因此超泊松噪聲增大,而當(dāng)雙量子點(diǎn)不對(duì)稱且電極為反平行結(jié)構(gòu)時(shí),強(qiáng)的反鐵磁自旋相互作用會(huì)抑制散粒噪聲。電壓影響隧穿磁阻和散粒噪聲這一性質(zhì)可能對(duì)自旋交換相互作用的測(cè)量有幫助。然后,我們?cè)陧樞蛩泶C(jī)制下分別研究了鐵磁和反鐵磁類型的分子磁體雙子的自旋極化輸運(yùn),其中雙子串聯(lián)弱耦合于共線的鐵磁電極。我們主要關(guān)注自旋交換相互作用對(duì)隧穿磁阻(TMR)的影響。當(dāng)兩個(gè)分子磁體之間的自旋交換相互作用為反鐵磁時(shí),在正偏壓區(qū)域會(huì)出現(xiàn)極大的正隧穿磁阻,而且我們發(fā)現(xiàn)會(huì)出現(xiàn)隧穿磁阻達(dá)到理論值下限的區(qū)域。因此,分子磁體雙子可以作為一個(gè)理想的閥器件去完全阻塞電極平行磁化時(shí)的電流。最后,我們研究了隧穿結(jié)的量子輸運(yùn),其中單軸各向異性的分子磁體雙子與鐵磁電極磁化方向不共線。不同于通常模型,分子磁體的易軸與鐵磁電極極化方向不共線。我們主要關(guān)心非共線角對(duì)自旋極化電流和隧穿磁阻的影響。對(duì)于鐵磁自旋交換相互作用耦合的雙子,正(多數(shù))分量的自旋極化電流隨著非共線角的增大而減小,而負(fù)分量幾乎不變。因此電流極化率在某個(gè)特定角度發(fā)生反轉(zhuǎn),而且當(dāng)各向異性軸與電極磁化方向垂直時(shí),高電流極化和低電流密度同時(shí)出現(xiàn)。在反鐵磁雙子結(jié)中,我們也發(fā)現(xiàn)了可調(diào)節(jié)的隧穿磁阻從負(fù)值變化到正值。我們的發(fā)現(xiàn)可能應(yīng)用于自旋閥器中的技術(shù)。
[Abstract]:Quantum transport in mesoscopic systems has been studied for decades. Many interesting effects have been found in simple quantum dot systems, such as Kondo effect, Coulomb blocking, Pauli spin blocking, negative differential conductance, tunneling magnetoresistive effect, spin orbit coupling and thermoelectric effect. In recent years, more attention has been paid to molecular magnets, in which spin-exchange interactions between molecular magnets and electrons lead to novel phenomena. The tunneling magnetoresistive effect caused by current imbalance in magnetotunneling junction is especially concerned. Firstly, we study the spin polarization transport in series double quantum dots using the rate equation method under sequential tunneling mechanism, in which the series double quantum dots are weakly coupled to the collinear ferromagnetic electrodes. We mainly focus on the effect of spin exchange interaction on transport characteristics. We find a large negative differential conductance in the transport of asymmetric double quantum dots, which is caused by the energy level difference between two quantum dots. It is proved that the tunneling magnetoresistance is related to the bias voltage, and the particle noise is very sensitive to the spin exchange interaction, and the spin exchange interaction makes the spin polarization current more unbalanced. When the magnetization direction of the electrode is parallel, the spin exchange interaction is more inclined to spin bunching, so the superPoisson noise increases, while when the double quantum dot is asymmetric and the electrode is antiparallel, the strong antiferromagnetic spin interaction will suppress the particle noise. The effect of voltage on tunneling magnetoresistance and granular noise may be helpful for the measurement of spin exchange interactions. Then we study the spin-polarized transport of ferromagnetic and antiferromagnetic type molecular magnets under the sequential tunneling mechanism in which the Gemini in series is weakly coupled to the collinear ferromagnetic electrodes. We mainly focus on the effect of spin exchange interaction on tunneling magnetoresistive (TMR). When the spin exchange interaction between two molecular magnets is antiferromagnetic, there will be a great positive tunneling magnetoresistance in the positive bias region, and we find that the tunneling magnetoresistance reaches the lower limit of the theoretical value. Therefore, the molecular magnet binon can be used as an ideal valve device to completely block the current of parallel magnetization of the electrode. Finally, we study the quantum transport of tunneling junctions, in which uniaxial anisotropic molecular magnets are not collinear with ferromagnetic electrodes. Unlike the usual model, the easy axis of the molecular magnet is not coincident with the polarization direction of the ferromagnetic electrode. We are mainly concerned with the influence of noncollinear angles on the spin polarization current and tunneling magnetoresistance. For ferromagnetic spin-exchange coupling binons, the spin polarization current of the positive (majority) component decreases with the increase of the non-collinear angle, but the negative component is almost invariant. Therefore, the current polarizability reverses at a particular angle, and when the anisotropic axis is perpendicular to the magnetic direction of the electrode, both high current polarization and low current density occur simultaneously. In the antiferromagnetic binon junction, we also find that the tunable tunneling magnetoresistance changes from negative to positive. Our findings may be applied to techniques in spin valves.
【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O561

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本文編號(hào)：1940442