【精选】王靖①, 刘仁保②, 朱邦芬.pdfVIP

中国科学: 物理学 力学 天文学 2011 年 第41 卷 第4 期: 404 ~ 409 SCIENTIA SINICA Phys, Mech Astron SCIENCE CHINA PRESS 清华大学百年校庆专刊· 论文 半导体中纯自旋流的探测 ① ② ①③* 王靖 , 刘仁保 , 朱邦芬 ①清华大学物理系, 低维量子物理实验室, 北京 100084 ② 香港中文大学物理系, 新界, 香港 ③清华大学高等研究院, 北京 100084 *联系人, E-mail: bfz@ 收稿日期: 2010-01-24; 接受日期: 2010-03-04 国家自然科学基金(批准号:、国家重点基础研究发展计划(编号: 2006CB921500, 2011CB921901)和香港研究资助 局基金(批准号: HKU10/CRF/08, GRF CUHK402207)资助项目 摘要 自旋电子学是利用电子的自旋而非电子的电荷作为信息载体而发展的物理和电子器件研究的分支 领域. 半导体中自旋流的测量在自旋电子学中起关键作用. 本文从自旋流的基本性质出发, 简要回顾了目前 国际上探测自旋流的实验手段, 以及作者最近提出的有关自旋流的光学效应和以此直接测量半导体中纯自旋 流的理论. 关键词 自旋电子学, 纯自旋流, 法拉第旋转, 非线性光学 PACS: 85.75.-d, 78.20.Ls 众所周知, 电子除了电荷外, 还具有另一个内禀 稳定性, 更快的信息处理速度, 以及与量子信息技术 自由度: 自旋. 利用电子的自旋自由度而非电子的电 发展较好的接轨. 荷来存储和处理信息, 已成为今天凝聚态物理学中 传统的电子学器件是利用电流的通断或电位的 [1~4] 高低来表示0, 1 信息, 而自旋具有向上向下两种状态, 的一个新的研究领域: 自旋电子学 . 传统的电子 器件都是以电子的电荷作为信息载体, 通过改变电 可以直接用电子的自旋态代表0, 1 信息. 自旋电子学 压来控制电子进行各种操作. 然而, 随着半导体集成 的研究目前主要分为三种类型. 第一类研究聚焦于 电路集成度的提高, 在摩尔定律尚未失效, 量子效应 利用电子自旋来存储信息. 这类研究始于巨磁阻效 尚未起主导作用以前, 器件尺寸的减小而导致的电 应的发现[5], 很快就应用到磁盘存储上, 使得磁盘存 流漏泄和致热问题业已成为限制大规模集成电路进 储容量大幅增加, 并进入了产业化的阶段[2]. 发现并 一步发展的瓶颈. 这促使科学家寻找新的思路, 在超 开发巨磁阻效应的法国物理学家 Fert 和德国物理学 越传统电子学的框架下来解决这些问题, 自旋电子 家Grünberg 因此获得2007 年度诺贝尔物理学奖. 第 学便是在这种应用需求的驱动下应运而生的. 另一 二类研究是利用自旋来处理信息, 例如利用电子自 方面, 基于自旋特性的电子器件与传统的电子器件 旋自由度来设计和研制自旋场效应晶体管[6], 自旋发 相比, 除了有更低的能量损耗外, 还可能具有更好的 光二极管, 自旋共振隧穿器件以及太赫兹光学开关 引用格式: 王靖, 刘仁保, 朱邦芬. 半导体中纯自旋流的探测. 中国科学: 物理学 力学 天文学, 2011, 41: 404–409 Wang J