自旋霍尔效应.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 光学马赫-陈德干涉仪 示意图 D1 S BS1 M1 M2 BS2 D2 干涉图案 ?? Intensity (a. u.) Phase difference ?? ) ?( 量子霍尔效应区的边缘态 对于边缘态的一个质朴的解释 量子霍尔效应的双端测量 填充因数 1 量子霍尔平台 电子马赫-陈德干涉仪 SEM picture S D1 D2 QPC1 QPC2 MG 一种新型的双路干涉器件 中间的欧姆接触的尺寸: 3?m? 3?m 两条路径所包围的面积 : 45 ?m2 磁场为 10 Tesla 时器件所包容的量子 磁通的数目: 100,000 QPC1 MG1 S D2 QPC2 mesa MG2 D1 LC preamp 器件和测量系统的示意图 干涉图案 VMG? ? S Time ? ?B Aharonov-Bohm 效应 Current (a. u.) ?S ? VMG (mV) ?B ? Time (minute) ?B ? Time (minute) ?S ? VMG (mV) ?? = 2? ?0 ?(BS) 自旋的故事 Uhlenbeck和Goudsmit的故事 Pauli的故事 (自旋,宇称) Landau的故事(宇称,二类超导体) Kronig的故事 (Kramers-Kronig关系,自旋,超导) 例子：自旋霍尔效应 自旋霍尔效应 入射粒子 散射中心 extrinsic:不同自旋的粒子的散射几率是不同的 粒子的自旋方向和其初始运动方向组成一个平 面，粒子的散射几率相对于此平面来说不对称 M. I. D’yakonov, V. I. Perel, JETP Lett. 13, 467 (1971). M. I. D’yakonov, V. I. Perel, Phys. Lett. A 35, 459 (1971). J. E. Hirsch, Phys. Rev. Lett. 83, 1834 (1999). 例子：自旋霍尔效应 自旋霍尔效应 k E 0 k E SOI 0 intrinsic:不同自旋的粒子的能谱是不同的 自旋轨道相互作用使得原本自旋简并的能带发生劈裂 S. Murakami, et al. Science 301,1348 (2003). J. Sinova, et al., Phys. Rev. Lett. 92, 126603 (2004). 例子：自旋霍尔效应 Wunderlich, J., et al. Phys. Rev. Lett., 94，047204（2005） Kato, Y.K., et al. Science, 306，1910(2004) 自旋霍尔效应 实验验证 半导体自旋电子学… … 苏联科学家曾做了很多很好的工作，比如 F. Meier and B. P. Zakharchenya, Optical Orientation (North-Holland, Amsterdam, 1984). 左：自旋扩散导致的表面电流；右：荧光谱的hanle效应 Bakun et al., JETP Lett., 40, 1293(1985) 例子：自旋霍尔效应 例子：量子自旋霍尔效应 K?nig, M., S. Wiedmann, et al. (2007). Quantum Spin Hall Insulator State in HgTe Quantum Wells. Science 318: 766-770. 例子：量子自旋霍尔效应 K?nig, M., S. Wiedmann, et al. (2007). Quantum Spin Hall Insulator State in HgTe Quantum Wells. Science 318: 766-770. … …半导体自旋电子学 电子学 光学 磁学 自旋电子学 自旋电子学简介 半导体自旋电子学… … 手段：试图同时操作电子的电荷和自旋两种属性 期望：改善现有器件的功能，开发自旋量子器件 目标：实现更强的信息处理能力 核心：自旋的检测和相干操纵 半导体自旋电子学简介 半导体自旋电子学… … 一些综述文献 Awschalom, D.D. and M.E. Flatte, Challenges for semiconductor spintronics. Nat Phys, 2007. 3(3): p. 15