3、非对称偏置量子点接触全电自旋阀的潜在应用

非对称偏置量子点接触全电自旋阀的潜在应用

1. 引言

自旋电子学作为标准CMOS技术的可行替代方案，引起了广泛关注。它有望实现更小、更快、非易失性的信息存储，并降低功耗。其核心目标是利用电子的自旋（单独或与电荷结合）来处理以二进制位编码的数字信息，这将在量子器件和电路的应用方面带来突破，应用范围涵盖量子信息处理到量子计算。

巨磁阻（GMR）效应的发现彻底改变了存储行业，促使研究人员开发基于自旋的逻辑器件，以实现逻辑和存储在同一芯片上的更好功能集成。此后，提出了许多半导体自旋电子器件，如Spin - MOSFET、Spin Lifetime Transistor、Spin Bipolar Transistor和最著名的Spin Field Effect Transistor（SpinFET）。

为了实现这些基于自旋的晶体管，人们采用了多种方法在半导体材料中实现自旋注入、检测和操纵，包括将铁磁材料融入器件结构或使用外部磁场。然而，这种方法存在显著的设计复杂性，如磁阻和接触的杂散磁场会影响器件性能，阻碍其在集成电路中的应用。此外，铁磁接触与半导体沟道之间的电导率失配问题限制了自旋注入效率，对基于此方法的SpinFET器件的开关电流比不利。

为了充分发挥基于自旋的器件的潜力，必须找到仅通过电学手段注入、操纵和检测电子自旋的方法，这是自旋电子学的核心挑战。量子纳米结构、量子点接触（QPC）和量子点（QD）因此受到了广泛关注。例如，Kohda等人利用QPC实现了纳米级的斯特恩 - 盖拉赫实验，通过Rashba相互作用实现了电子自旋分离。

Thomas等人的开创性工作之后，有许多实验报告了QPC量子化电导在非整数倍$G_0$（如$0.25G_0$、$0.