半导体自旋电子学

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作　者： 夏建白 等 著

丛 书 名：半导体科学与技术丛书出 版 社： 科学出版社ISBN：9787030221179 出版时间：2008-10-01版　次：1页　数：365装　帧：精装开　本：16开所属分类：图书 > 科学与自然 > 物理学

内容简介

《半导体自旋电子学》介绍半导体自旋电子学的发展历史、基本概念和研究成果，并展望了它未来的发展。引言介绍半导体自旋电子学的发展历史。第1章介绍半导体中磁离子性质、磁离子在晶格场中的分裂以及基态、低激发态能级特点。第2章介绍稀磁半导体的性质、巨Zeeman分裂效应和光学性质。第3章介绍铁磁半导体、铁磁相互作用理论和影响居里温度的因素。第4章介绍自旋电子的注入、Rashba效应、自旋通过异质界面的相干输运及自旋极化电子注入的实验和iN论。第5章介绍自旋弛豫、自旋反转的3大机制：EY、DP和FIBAP机制以及自旋弛豫的实验研究。第6～10章是研究专题，介绍一些最新的研究成果。第6章介绍Rashba—Dresselhaus效应的理论基础和实验测定；第7章是自旋的光学响应，包括自旋分裂系统中光注入电子自旋引发的自旋光电流和电场导致电子自旋极化等；第8章是自旋相干电子的操控，包括电子自旋相干及空间运动、自旋霍尔效应、自旋流的产生及半导体中的自旋动力学等；第9章是自旋极化电子和磁畴的输运，包括磁性半导体二维电子气和量子点中的自旋输运、磁性半导体中的磁畴输运等；第10章是半导体量子点和量子线的自旋性质调控。

作者简介

夏建白，半导体物理专家。生于上海，原籍江苏苏州。1965年北京大学物理系研究生毕业。中国科学院半导体研究所研究员。在低维半导体微结构电子态的量子理论及其应用方面进行了系统的研究。2001年当选为中国科学院院士。

葛惟昆，教授， 博士生导师。曾任中国科学院半导体研究所副所长， 中国科学院凝聚态物理中心副主任， 美国达幕思（Dartmouth）大学副教授， 香港科技大学高级讲师、教授。现任香港科技大学荣休教授，中山大学教授，清华大学教授、实验物理教学中心主任。

常凯，中科院半导体所超晶格与微结构国家重点实验室研究员。1996年于北京师范大学获博士学位；1996年至1998年中科院半导体所博士后；1998年至2000年比利时安特卫普大学Research Fellow；2006年香港中文大学杨振宁Fellowship。2001年获得百人计划资助任中科院半导体所研究员。2004年度国家自然科学二等奖获得者之一（夏建白、李树深、常凯、朱邦芬）。目前在国际核心物理学期刊上共发表论文40余篇。

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目录

第0章 绪论

0.1 自旋电子学的起源——巨磁阻效应器件

0.2 自旋电子学应用的新材料

0.3 自旋电子注入和自旋输运

0.3.1 欧姆注入

0.3.2 隧道注入

0.3.3 弹道电子注入

0.3.4 利用稀磁半导体在磁场下的巨Zeeman分裂效应

0.3.5 利用铁磁半导体作为自旋校准器

0.3.6 光学方法产生自旋极化电子

0.4 半导体和纳米结构中自旋相干的光学调控

0.4.1 自旋寿命的延长

0.4.2 自旋通过异质结界面的相干输运

0.4.3 自旋相干态的空间分辨

0.5 自旋电子器件

0.5.1 自旋发光二极管

0.5.2 铁磁场效应晶体管

0.5.3 铁磁半导体隧道结

参考文献

第1章 半导体中稀磁离子的性质

1.1 磁离子电子的组态

1.2 自由磁离子的基态在晶格场中的分裂

1.3 晶格场理论

1.4 多电子态波函数

1.5 等价算符方法

1.6 半导体中的磁离子能级

1.7 半导体磁离子性质的实验研究

参考文献

第2章 稀磁半导体的性质

2.1 磁场下半导体的有效质量理论

2.2 宽禁带稀磁半导体

2.2.1 宽禁带半导体的磁能级

2.2.2 稀磁半导体的磁相互作用

2.2.3 纤锌矿结构的稀磁半导体

2.2.4 实验观测

2.3 窄禁带稀磁半导体

2.3.1 窄禁带半导体的磁能级

2.3.2 Hg1-xMnxTe的磁光谱

2.4 稀磁半导体微结构

2.4.1 稀磁半导体超晶格，磁场垂直于界面

2.4.2 稀磁半导体超晶格，磁场平行于界面

2.4.3 稀磁半导体量子点

2.4.4 磁极化子效应

2.4.5 稀磁半导体量子线

2.5 稀磁半导体的输运性质

2.6 Fe2+离子的稀磁半导体，van Vleck磁性

2.7 巨Faraday和Kerr旋转

2.7.1 磁性半导体的磁光性质

2.7.2 磁性半导体中的时间分辨Faraday和Kerr旋转

2.8 光致磁化

参考文献

第3章 铁磁半导体

3.1 铁磁半导体Ga1-xMnxAs

3.2 其他铁磁半导体

3.3 费米能级工程

3.4 团簇对铁磁性的影响

3.5 铁磁半导体量子点

3.6 铁磁半导体的平均场理论

3.6.1 铁磁性的微观理论

3.6.2 稀磁半导体中的磁相互作用

3.6.3 铁磁半导体量子线，量子板

3.6.4 铁磁半导体量子点

3.6.5 铁磁半导体能带结构的

第一性原理计算

参考文献

第4章 自旋极化电子的注入

4.1 半导体中电子自旋的寿命和漂移

4.2 半导体自旋晶体管

4.3 Rashba效应

4.3.1 Rashba效应的产生根源

4.3.2 Rashba系数的实验测量

4.3.3 Rashba系数的理论计算

4.4 自旋极化电子流的产生和输运

4.4.1 自旋电子通过半导体异质界面的相干输运

4.4.2 自旋极化电子的注入(实验)

4.4.3 自旋极化电子的注入(理论)

4.5 磁性半导体隧穿结

4.5.1 GaAs/GaMnAs异质结基本性质

4.5.2 铁磁/非磁/铁磁三层结构性质

4.5.3 铁磁金属和半导体接触

参考文献

第5章 自旋弛豫

5.1 自旋弛豫时间T1和T2

5.2 自旋弛豫的主要机制

5.2.1 EY机制

5.2.2 DP机制

5.2.3 DP机制，在单轴形变晶体中的自旋弛豫

5.2.4 BAP机制

5.2.5 EY，DP和BAP机制的比较

5.3 III-V族化合物中自旋弛豫的实验和理论研究

5.3.1 光学取向方法

5.3.2 InSb中的自旋弛豫(EY机制)

5.3.3 GaAs中的自旋弛豫(DP机制)

5.3.4 GaAs中的自旋弛豫(BAP机制)

5.3.5 自旋弛豫率与受主浓度的关系

5.4 量子阱中的自旋弛豫

参考文献

第6章 Rashba效应与Dresselhaus效应

6.1 反演非对称半导体体系中自旋轨道相互作用导致的自旋分裂——Rashba效应和Dresselhaus效应

6.1.1 有效质量近似

6.1.2 Dresselhaus效应概述

6.1.3 相对论量子力学推导

6.2 Rashba系统中的自旋-轨道耦合哈密顿

6.3 Rashba效应与能带色散

6.4 Rashba参数α

6.4.1 k.p公式

6.4.2 用k.p方法处理自旋-轨道相互作用

6.4.3 八带模型

6.4.4 五能级模型(以GaAs为例)

6.5 从Shubnikov-de Haas振荡获取Rashba参数α

参考文献

第7章 半导体中电子自旋的光学响应

7.1 光子的自旋

7.2 半导体中光学跃迁的自旋守恒

7.2.1 光跃迁选择定则

7.2.2 分裂能带下的光激发

7.3 自旋分裂系统中光注入电子自旋引发的自旋光电流

7.3.1 圆偏光电流效应(CPGE)

7.3.2 自旋光电流效应(SGE)

7.4 自旋分裂系统中电场导致电子自旋极化

7.5 Rashba效应与Dresselhaus效应的实验区分及应用

7.6 旋光电子器件

7.6.1 Rashba和Dresselhaus综合效应自旋场效应晶体管

7.6.2 自旋光源——发光二极管和激光器

7.6.3 以传导电流探测自旋流

参考文献

第8章 自旋相干电子的操控

8.1 实验技术

8.2 半导体体材料中的电子自旋相干

8.3 半导体量子点的电子自旋相干

8.4 半导体中自旋相干电子的空问运动

8.4.1 半导体中没有外磁场的相干自旋操控

8.4.2 电流感应的自旋极化

8.5 自旋霍尔效应

8.5.1 自旋霍尔效应的光学观测

8.5.2 二维电子气的自旋霍尔效应

8.6 自旋流的产生

8.6.1 由自旋霍尔效应产生自旋流

8.6.2 双色光场产生自旋流

8.7 半导体中的自旋动力学

8.7.1 几种自旋流的迁移率和扩散系数

8.7.2 电场对自旋极化电流的效应

参考文献

第9章 自旋极化电子和磁畴的输运

9.1 磁性半导体二维电子气中的自旋输运

9.2 量子点的自旋输运

9.2.1 铁磁性Co引线构成的双垒磁隧穿结的自旋输运

9.2.2 与铁磁性电极耦合的半导体量子点中的近藤效应

9.2.3 磁性半导体量子点的自旋输运理论

9.3 磁性半导体中的磁畴输运

参考文献

第10章 未来的量子点、量子线自旋电子学

10.1 量子点的电子g因子

10.2 量子线的g因子

10.3 电场可调的g因子

10.4 N掺杂对电子的Rashba系数和g因子的效应

参考文献

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前言

半导体科学与技术在20世纪科学技术的突破性发展中起着关键的作用，它带动了新材料、新器件、新技术和新的交叉学科的发展创新，并在许多技术领域引起了革命性变革和进步，从而产生了现代的计算机产业、通信产业和IT技术。而目前发展迅速的半导体微/纳电子器件、光电子器件和量子信息又将推动本世纪的技术发展和产业革命，半导体科学技术已成为与国家经济发展、社会进步以及国防安全密切相关的重要的科学技术。