半導體中自旋軌道耦合及自旋霍爾效應

本文主要評述和介紹半導體微結構中自旋軌道耦合的研究和最近的研究進展.我們細致地討論了半導體微結構中自旋軌道耦合的物理起源和窄帶隙半導體量子阱中的自旋霍爾效應.我們發現目前國際上廣泛采用的線性Rashba模型在較大的電子平面波矢處失效:即自旋軌道耦合導致的能帶自旋劈裂不再隨電子波矢的增加而增加,而是開始下降,即出現強烈的非線性行為.這種非線性的行為起源于導帶和價帶間耦合的減弱.這種非線性行為還會導致電子的D'yakonov-Perel'自旋弛豫速率在較高能量處下降,與線性模型的結果完全相反.在此基礎上,我們構造統一描述電子和空穴自旋霍爾效應的理論框架.我們的方法可以非微擾地計入自旋軌道耦合對本征自旋霍爾效應的影響.我們將此方法應用于強自旋軌道耦合的情形,即窄帶隙CdHgTe/CdTe半導體量子阱.我們發現調節外電場或量子阱的阱寬可以作為導致量子相變和本征自旋霍爾效應的開關.我們的工作可能會為區別和實驗驗證本征自旋霍爾效應提供物理基礎.

作 者： 常凱 楊文 CHANG Kai YANG Wen   作者單位： 中國科學院半導體所超晶格與微結構國家重點實驗室,北京,100083  刊 名： 物理學進展  ISTIC PKU 英文刊名： PROGRESS IN PHYSICS  年，卷(期)： 2008 28(3)  分類號： O472+.4 O471.5  關鍵詞： 半導體   自旋軌道耦合   自旋弛豫   自旋霍爾效應  

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