光场辐照下稀磁半导体/半导体超晶格中自旋电子输运特性研究*李春雷1)†郑军2)王小明3)徐燕1)1)(首都师范大学初等教育学院,北京100048)2)(渤海大学物理科学与技术学院,锦州121013)3)(中国地质大学附属中学,北京100083)(2023年6月4日收到;2023年8月3日收到修改稿)基于单电子有效质量近似理论和传递矩阵方法,理论研究了稀磁半导体/半导体超晶格结构中电子的自旋极化输运特性.主要讨论了光场和磁场联合调制对自旋极化输运的影响,以及不同自旋电子在该超晶格结构中的隧穿时间.理论和数值计算结果表明,由于导带电子与掺杂Mn离子之间的sp-d电子相互作用引起巨塞曼劈裂,因此在磁场调制下,不同自旋电子在该结构中感受到的势函数不同而呈现出自旋过滤效应,不同自旋电子的共振透射能带的位置和宽度可以通过磁场进行调制.同时在该结构中考虑光场时,自旋依赖的透射谱会因为吸收和发射光子而呈现出对光场的强度和频率响应;最后,通过不同自旋电子的高斯波包在该结构中随时间的演化给出了不同自旋电子的隧穿时间.本文研究结果对研究和设计基于稀磁半导体/半导体超晶格结构的高速量子器件具有一定的指导意义.关键词：自旋极化输运,稀磁半导体/半导体超晶格,隧穿时间PACS：72.25.–b,72.80.Ey,75.76.+jDOI:10.7498/aps.72.202309351引言ZnSe/Zn1−xMnxSe源于自旋电子学的快速发展和自旋输运现象的潜在应用,各种微纳结构中电子自旋极化输运相关研究人们关注的越来越多.科学家们发展出了多种调控微纳结构中电子输运特性的手段,这些手段主要包括电调制、磁调制和光调制[1–8].对于微纳结构中的电子输运特性的研究,选取合适的半导体结构非常重要,基于ZnSe或CdTe的II-VI族半导体量子结构被认为是非常优越的候选结构而被广泛关注.研究表明在包含稀磁半导体层的异质结中,有很多新奇的现象产生[9–13].当存在外加磁场,不同自旋方向的电子所感受到的ZnSe/Zn1−xMnxSeZnSe/Zn1−xBexSe/Zn1−xMnxSe势能大小不同,具体表现:在稀磁半导体层中,自旋向上电子感受到的是一个势垒层,但是自旋向下的电子感受到的却是一个势阱层.产生这种独特特性主要源于sp-d交换相互作用,即磁性掺杂原子与非磁性半导体结合导致局域不成对电子自旋与电子-空穴耦合作用.Egues[2]于1998年通过在异质结结构中调节外加磁场,理论研究了其中自旋输运特性,揭示了这一结构中不同自旋方向电子的极化输运现象,研究结果为实现自旋过滤光电器件提供了一种可能方案.随后,Slobodskyy等[4]在II-VI族半导体异质结构()中实...
