半导体自旋哈特尔效应理论

自旋哈特尔效应是一系列由自旋轨道耦合引起的现象，当电流通过样品时，可导致垂直方向的自旋输运和侧边界的自旋积累。这些效应无需外加磁场即可实现，可源于各种内在和外在自旋轨道耦合机制，取决于样品的几何形状、维度、杂质散射以及载流子密度——这使得这些效应的分析成为一个多样化的研究领域。本文提供了自旋哈特尔效应的理论背景概述，并总结了一些最重要的结果。首先，我们解释有效自旋轨道哈密顿量，阐述了它们如何从能带结构中产生，以及如何从对称性考虑中理解；包括来自体轴不对称或结构不对称或应变的内在耦合，以及来自杂质的外在耦合。这导致不同的自旋输运机制：自旋预cession、偏斜散射和侧跳。随后，我们 presented 描述载流子自旋分布函数的动力学(Boltzmann)方程，以及自旋极化密度的扩散方程。接下来，我们定义自旋电流的概念，并讨论其与自旋极化之间的关系。最后，我们解释由电激发引起的效应：即在 bulk 和侧边界中的自旋极化和电流（大多数当前理论研究的焦点），以及自旋注入，以及在介观系统和边缘态中的效应。