JPCM编辑优选:自旋分辨噪声揭示特殊的自旋输运关联性质

20 8月 2024 gabriels
本篇研究来自浙江科技大学骆钧炎课题组。本论文研究了量子点自旋阀体系中自旋分辨的输运噪声特性,揭示了自旋输运不同于传统电荷输运所产生的独特关联性质。研究表明,铁磁电极与量子点的耦合将产生一个虚拟交换磁场,并导致自旋噪声谱特殊的双峰结构。此外,自旋分辨的输运噪声对于铁磁输运电极间的磁化方向极为敏感。这一研究在量子计量学中具有重要的应用价值。


文章介绍

Spin-resolved counting statistics as a sensitive probe of spin correlation in transport through a quantum dot spin valve

Guanjian Hu(胡关键), Jing Hu(胡兢), Shikuan Wang(王世宽), RuiQiang Li(李瑞强), Yiying Yan(颜益营) and JunYan Luo(骆钧炎)

通讯作者:

  • 骆钧炎,浙江科技大学

 

研究背景:

对自旋自由度的操控是自旋电子学和自旋量子信息处理的核心和关键。介观体系自旋阀被广泛认为是构成自旋电子器件的重要组件之一,这其中量子点自旋阀系统因为具有精确操纵和控制单个自旋的独特优势从而成为实现自旋阀功能的理想平台。如何在量子点自旋阀基础上中实现高性能和高效率的新型自旋功能有赖于人们对自旋输运的深入研究和分析。与传统电子器件中的电荷输运特性相比,自旋阀体系中的自旋输运特性可以通过自旋分辨的计数统计进行定量描述和深入分析。研究量子点自旋阀中的自旋电流与其涨落和其中所蕴含的自关联和互关联信息,可以深入理解其输运特性,从而为设计和制更高性能的自旋器件提供理论依据。

 

研究内容:

本论文在二阶波恩—马尔可夫近似下,推到得到了自旋分辨的量子输运主方程,研究了量子点与两个非共线极化铁磁电极所构成的自旋阀系统中的自旋输运特性。主要研究成果和发现包括:(1)揭示了自旋不同于传统电荷输运所产生的独特输运关联性质。在小偏压情形下,电子电荷呈现出不相关的随机输运特性,而电子自旋输运却呈现出高度的相关性,而且自旋的自关联度(autocorrelation)与电磁电极的极化强度紧密相关。(2)铁磁电极与量子点所构成的自旋阀系统能够产生一个虚拟的交换磁场,该磁场使得量子点系统中积累的平均自旋产生进动,从而显著地影响自旋输运的动力学行为。研究发现,在中等偏压和较强极化条件下,交换磁场和平均自旋的相互作用在自旋分辨的噪声谱中产生了特殊的双峰结构,表明了自旋流的涨落对体系内部微弱磁场的高度灵敏性。(3)进一步的研究表明,自旋流的自关联特性敏感地依赖于铁磁电极的极化强度,并在不同极化方向下表现出截然不同的行为。这些结论表明自旋输运的涨落特性在揭示自旋输运动力学方面具有无可比拟的优越性,在自旋电子学器件设计、自旋量子信息处理和自旋量子计量学等方面具有潜在的重要应用价值。


作者介绍

骆钧炎  教授

浙江科技大学

  • 骆钧炎,浙江科技大学教授,入选浙江省“高层次拔尖人才培养计划”,主要研究方向为量子信息与量子计算中的物理问题。累计在《Physical Review A》和《Physical Review B》等顶级期刊发表论文五十余篇,他引两百多次,担任《Physical Review B》和《Journal of Applied Physics》等杂志的特约审稿人,主持国家自然科学基金3项,参与省部级以上项目二十余项。

期刊介绍

Journal of Physics: Condensed Matter

  • 2023年影响因子:2.3  Citescore: 5.3
  • Journal of Physics: Condensed Matter (JPCM)为读者提供凝聚态物理、软物质、纳米科学和生物物理各领域的最新研究成果。JPCM发表实验/理论分析和模拟研究,读者可以获取涉及下列领域的专题综述、快报和特刊:表面、界面和原子尺度的科学,液体、软物质和生物物理,纳米材料和纳米电子,固体结构的晶格动力,电子结构,超导体和金属、半导体,电介质和铁电,以及磁学与磁性材料。