بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله به بررسی خواص ترابری وابسته به اسپین الکترونهای عبوری از دو حلقه کوانتومی در حضور بر هم کنش اسپین- مدار راشبا و شار مغناطیسی به روش موجبر میپردازیم. نتایج نشان میدهند که به ازای یک مقدار مناسب از شدت راشبا و انرژی الکترون ورودی میتوان دو حلقه کوانتومی در حضور بر هم کنش اسپین مدار راشبا را به عنوان یک قطعه وارونگر کامل اسپینی پیشنهاد داد. همچنین دو حلقه کوانتومی میتواند به عنوان یک سوئیچ اسپینی عمل کند. علاوه بر این میتوان قطبش اسپینی الکترونهای عبوری را بوسیله شار مغناطیسی از -1 تا +1 کنترل کرد.
مقدمه
دستکاری درجه آزادی اسپین الکترون یکی از مهمترین موضوعاتی است که در اسپینترونیک به طور تئوری و تجربی مورد مطالعه قرار گرفته است 2]،.[1 یکی از امید بخش ترین مکانیسم دستکاری و کنترل اسپین در نیمه رساناها برهم کنش اسپین مدار راشبا است .[3] ترابری وابسته به اسپین در یک حلقه کوانتومی در حضور بر هم کنش اسپین مدار راشبا در مقالات متعددی مورد مطالعه قرار گرفته است.
شبکه ای از حلقههای کوانتومی در حضور برهم کنش اسپین مدار راشبا توسط فولدی و همکاران بررسی شد و نشان دادند که با کنترل شدت برهم کنش اسپین مدار راشبا میتوان جریان ورودی را به رابط خروجی مورد نظر هدایت کرد.[6] اخیرا اسلامی و همکاران نشان دادند در یک حلقه کوانتومی در حضور دو ناخالصی مغناطیسی اگر ناخالصی های مغناطیسی در حالت اسپینی سه تایی قرار بگیرند در این صورت میتوان حلقه کوانتومی را به صورت وارونگر اسپینی در نظر گرفت
[7] قطعه پیشنهادی آنها به دلیل پراکندگی اسپینی ناشی از ناخالصی مغناطیسی یک وارونگر اسپینی با کارایی %55 است در حالیکه در این مقاله با در نظر گرفتن اثر بر هم کنش اسپین مدار راشبا در دو حلقه کوانتومی بدون ناخالصی مغناطیسی یک وارونگر کامل اسپینی پیشنهاد دادهایم. هدف این مقاله بررسی ترابری وابسته به اسپین در دو حلقه کوانتومی در حضور برهم کنش اسپین مدار راشبا و شار مغناطیسی است. نتایج نشان میدهند که به ازای یک مقدار مناسب شدت برهم کنش اسپین مدار راشبا و انرژی الکترونهای ورودی، دو حلقه کوانتومی به عنوان یک وارونگر اسپینی عمل میکند. همچنین قطبش اسپینی الکترونهای عبوری را میتوان با شار مغناطیسی کنترل کرد و دو حلقه کوانتومی به عنوان سوئیچ اسپینی عمل میکند.
مواد و روشها
مطابق شکل - 1 - دو حلقه کوانتومی یک بعدی در نظر میگیریم به طوریکه دو حلقه به وسیله یک رابط به یکدیگر متصل شدهاند، الکترونها از رابط سمت چپ وارد و از رابط سمت راست خارج میشوند. شدت بر هم کنش اسپین مدار راشبا در حلقه سمت چپ - راست - - R - L در نظر میگیریم. دو حلقه کوانتومی که شعاع حلقهها برابر و زاویه بین رابطها در دو حلقه است را مورد بررسی قرار میدهیم.
ضرایب عبور وابسته به اسپین الکترون T - ضریب عبور الکترون بدون چرخش اسپین - و T - ضریب عبور الکترون با چرخش اسپینی - بر حسب انرژی الکترون ورودی E در شکل - 2 - رسم شده است. اسپین الکترونهای ورودی قطبییده با جهت اسپینی بالا در نظر گرفته شده اند. شکل- های - 2a - و - 2b - ضرایب عبور وابسته به اسپین الکترون T و T به ترتیب برای مقدار دلخواه ضریب راشبا L= R=0.8 و مقدار مناسب ضریب راشبا L= R =1 را نشان میدهند.
همانطور که از شکل - 2a - مشاهده میشود T عددی غیر صفر است، بنابراین میتوان نتیجه گرفت که در حضور بر هم کنش اسپین-مدار راشبا وارون اسپینی با احتمال غیر صفر اتفاق میافتد. با تغییر شدت راشبا شکل - 2b - مشاهده میشود به ازای همه مقادیر انرژی الکترون E، وارون کامل اسپینی رخ میدهد زیرا T 0 است و نشان میدهد که در این شرایط عبور الکترون با اسپین بالا - همان اسپین الکترون ورودی - از طریق دو حلقه غیر ممکن است.
در این حالت الکترونها با وارون شدگی اسپینی از بالا به پایین میتوانند از دو حلقه عبور کنند. نتیجه این که دو حلقه کوانتومی با ثابت راشبا مناسب میتواند به صورت یک وارونگر کامل اسپینی برای الکترونهای ورودی با اسپین بالا یا اسپین پایین عمل کند، که می- توان از آن به عنوان گیت NOT اسپینی در قطعات اسپینترونیک استفاده کرد.
