7、全电自旋阀的潜在应用与研究进展

全电自旋阀的潜在应用与研究进展

1. 量子点接触（QPC）的载流子输运模型

在某些工作模式下，量子点接触（QPC）器件的输运受库仑和自旋阻塞效应主导，电导曲线会出现大的磁滞回线和负微分区域。基于QPC左侧部分的库仑阻塞简单模型，开发了一个通过QPC器件的载流子输运简单模型。该模型能正确估算出作为施加到最左侧两个侧栅（SGs）的公共栅极信号函数所观察到的电导峰间距的数量级。不过，要全面理解所观察到的磁滞曲线，还需要一个更精确的关于整个QPC器件空间电荷效应的模型。

2. 自旋极化的实现与全电自旋阀的进展

近年来，有研究展示了通过纯电学手段在QPC中产生自旋极化的方法。利用非对称偏置的QPC和顶部栅极，实现了近100%效率的自旋注入和检测，从而操作全电自旋阀。在具有顶部栅极的QPC中，横向自旋轨道耦合（LSOC）的不对称性是高效自旋注入和检测的原因。通过中间栅极控制半导体通道中的Rashba自旋轨道耦合（RSOC）强度，实现了对自旋进动的控制，进而对全电自旋阀中的电流进行了前所未有的调制。在低温（300 mK）下，观察到自旋阀电流的振荡开关比高达500%，尽管这一指标仍低于室温下最先进的CMOS技术，但为实现全电版的Datta - Das自旋场效应晶体管（SpinFET）奠定了基础。

3. 未来研究方向 - 纳米结构的拓展

未来，研究将扩展到由量子点（QD）通过非对称偏置的QPC与源极和漏极耦合的纳米结构。这种结构由两个串联的QPC组成，中间由长度小于自旋相干长度的通道（QD）隔开。左侧QPC作为“注入器”，将自旋极化电子注入器件通道；右侧QPC作为“探测器”，检测自旋状态。通过微调QPC的限制电位，可以设置注入器和探测器的自旋方向平行