1、自旋弛豫能夠引起電子的自旋平衡，電子的自旋馳豫是自旋電子學(xué)中的一個(gè)重要的物理現(xiàn)象。對(duì)電子自旋馳豫過(guò)程的研究不僅具有重要的基礎(chǔ)理論意義，而且對(duì)于設(shè)計(jì)相關(guān)的自旋量子器件具有重要的指導(dǎo)意義。因此，近年來(lái)吸引了大量科研人員對(duì)電子自旋馳豫過(guò)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和理論研究。 在本文中，我們運(yùn)用Elliot-Yafet(EY)和D'yakonov-Perel(DP)自旋馳豫機(jī)制從理論上對(duì)不同溫度下的n-GaAs中導(dǎo)帶電子的自旋馳豫時(shí)間進(jìn)行了計(jì)算。我們對(duì)

2、電子自旋馳豫時(shí)間的計(jì)算基于對(duì)占支配地位的電子動(dòng)量馳豫時(shí)間的計(jì)算，并且考慮了電子的相關(guān)散射機(jī)制如：中性雜質(zhì)散射、電離雜質(zhì)散射、壓電散射和光學(xué)聲子散射在不同溫度下對(duì)電子自旋馳豫時(shí)間的影響。同時(shí)把電子自旋馳豫時(shí)間看成溫度、電子能量和施主濃度與受主濃度比值的函數(shù)，研究以上三種因素對(duì)電子自旋馳豫時(shí)間的影響。在不同溫度下起主導(dǎo)作用的電子散射機(jī)制不同，占支配地位的電子自旋馳豫機(jī)制也不相同。對(duì)于半導(dǎo)體體材料，在低溫時(shí)EY自旋馳豫機(jī)制起主導(dǎo)作用，而高溫時(shí)

3、DP自旋馳豫機(jī)制起主要作用，隨著溫度的升高電子的自旋馳豫機(jī)制發(fā)生了轉(zhuǎn)化，電子自旋馳豫時(shí)間也由納秒減小到皮秒數(shù)量級(jí)。在溫度不變時(shí)，電子自旋馳豫時(shí)間隨著電子能量的增加或施主濃度與受主濃度比值的減小而單調(diào)減小，雖然電子散射機(jī)制和自旋馳豫機(jī)制不同但電子能量的增加或施主濃度與受主濃度比值的減小對(duì)電子自旋馳豫時(shí)間的影響是一致的。計(jì)算中我們考慮了中性雜質(zhì)散射和電子能量對(duì)電子自旋馳豫時(shí)間的影響，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值基本吻合，彌補(bǔ)了Song等人在低溫時(shí)計(jì)算值

4、與實(shí)驗(yàn)值相差很大的誤差。從而表明在低溫下中性雜質(zhì)散射對(duì)電子自旋馳豫時(shí)間有重要的影響不能被忽略。研究發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)控制電子能量或施主濃度與受主濃度比值來(lái)控制電子自旋馳豫時(shí)間，為開(kāi)發(fā)新型的自旋電子器件提供了理論依據(jù)。 近來(lái)，在非磁半導(dǎo)體的異質(zhì)結(jié)中由于自旋軌道耦合效應(yīng)而引起的電子自旋特性的研究成為自旋電子學(xué)領(lǐng)域一個(gè)研究熱點(diǎn)。對(duì)自旋軌道耦合效應(yīng)的研究有助于我們更好地了解電子自旋和電荷動(dòng)力學(xué)之間的關(guān)系，為實(shí)現(xiàn)在沒(méi)有外磁場(chǎng)的介觀系統(tǒng)中通過(guò)電場(chǎng)

5、來(lái)控制電子的自旋和自旋流提供了可能。這對(duì)于自旋量子器件的設(shè)計(jì)和自旋量子信息的存貯具有重要的理論意義。 考慮了Dresselhaus自旋軌道耦合效應(yīng)，研究了具有重要應(yīng)用價(jià)值和基礎(chǔ)理論研究意義的磁調(diào)制結(jié)構(gòu)，即鐵磁/半導(dǎo)體/鐵磁異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的二維波導(dǎo)自旋輸運(yùn)性質(zhì)。從理論上計(jì)算了電子隧穿Fe/GaSb/Fe和Fe/InSb/Fe異質(zhì)結(jié)的隧穿概率和渡越時(shí)間。研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是自旋向上還是自旋向下的電子，當(dāng)電子隧穿兩種不同的異質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)，它們的隧

6、穿概率和渡越時(shí)間都表現(xiàn)出了共振的特性。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，自旋向上和自旋向下的電子的渡越時(shí)間并不隨著半導(dǎo)體長(zhǎng)度的增加而線性的增加，渡越時(shí)間表現(xiàn)出量子尺寸的臺(tái)階效應(yīng)。比較發(fā)現(xiàn)Dresselhaus自旋軌道耦合效應(yīng)不同于Rashba自旋軌道耦合效應(yīng)，耦合強(qiáng)度的增加不能明顯的延長(zhǎng)電子的渡越時(shí)間而減少了自旋向上的電子渡越時(shí)間的臺(tái)階數(shù)量但對(duì)于自旋向下的電子影響很小，這種影響隨著半導(dǎo)體長(zhǎng)度的增加而減弱。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，由于Dresselhaus自旋軌道耦合效

7、應(yīng)的特點(diǎn)，我們不僅可以通過(guò)調(diào)節(jié)半導(dǎo)體長(zhǎng)度和自旋軌道的耦合強(qiáng)度來(lái)調(diào)節(jié)自旋電子的隧穿概率和渡越時(shí)間，也可以通過(guò)平面波矢來(lái)調(diào)節(jié)它們。在Dresselhaus自旋軌道的耦合作用下，自旋向上和自旋向下的電子隧穿異質(zhì)結(jié)的隧穿機(jī)制不同，因此自旋向上和自旋向下的電子隧穿異質(zhì)結(jié)的隧穿概率和渡越時(shí)間不同；它們之間的差別隨著半導(dǎo)體長(zhǎng)度的增加表現(xiàn)的更加明顯。這些研究結(jié)論有助于我們把自旋向上和自向下的電子通過(guò)渡越時(shí)間區(qū)分開(kāi)，這對(duì)于設(shè)計(jì)自旋過(guò)濾器件和提高電子的自旋