双极自旋电子学：从自旋注入到自旋控制逻辑

自旋电子学应用的显著成功通常是在基于金属的结构中实现的，这些结构利用磁阻效应显著提高了计算机硬盘驱动器和磁性随机存取存储器的性能。相应地，对自旋极化输运的理论理解通常局限于线性响应下的金属区域，这虽然为数据存储和磁性存储器件提供了良好的描述，但不足以用于信号处理和数字逻辑。相比之下，人们对基于半导体的自旋电子学及相关结构中自旋极化输运的可能应用知之甚少，而这些结构可利用电流 - 电压特性中的强内禀非线性来实现基于自旋的逻辑。在此，我们讨论了实现半导体自旋电子学中特定一类结构的挑战：即我们提出的双极自旋电子器件，其中两种极性（电子和空穴）的载流子都对自旋 - 电荷耦合有贡献。我们构建了双极自旋极化输运的理论框架，并描述了几种在二端和三端结构中出现的 novel 效应，这些效应源于非平衡自旋与平衡磁化之间的相互作用。