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suntao_10铜虫 (小有名气)
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[交流]
【讨论】停止自旋~~~~~~
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请教各位：如果构成物质的微观粒子停止了自旋，会有什么现象？ 谢谢， [ Last edited by zt970831 on 2008-3-15 at 20:01 ] |
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8楼2007-12-23 21:02:21
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zt970831(金币+1,VIP+0):谢谢您的答复，欢迎常来物理版：）
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我们知道，电脑硬碟中的资料，是靠电子的自旋方向来储存记录，但电子的自旋方向都是由磁场来控制的。现在，物理学家发现一个新的现象，就是在半导体上，电场也能控制电子的自旋方向。在这一期的Nature中，Gian Salis和他的研究同仁告诉我们，我们只需控制电压，就能持续调整半导体上电子自旋磁矩的方向。 他们的新装置与过去磁场所使用的方式并不相同。这套新的科学仪器称为“自旋闸门”(spin gate；暂译)，它能够轻易地分授一整列的自旋值。 在自旋电子学的电路上，我们可以经由电波波包(wave packet)来操控电子，使每个波包内的电子都处于一致的自旋状态。举例来说，自旋阀的功用就像滤波器，它只让特定自旋方向的波包通过。一如传统电子电路学用电压脉冲来进行编码；电子自旋也提供了一个变量，可以为传递的讯息进行编码。 要区分不同的自旋状态并加以控制，就必须修改电子的自旋磁矩。这与电子的回转磁率(g-factor)有关，其磁矩的级数是由自旋角动量所引起。回转磁率决定了磁场中自旋状态的能量分裂的程度。 半导体中电子的回转磁率与其材料有关。若将之限制在量子的位能井之中，因为电子的波函数会穿透障蔽，回转磁率就会同时与井和障壁材料的特性有关。穿透的范围可以由电场来控制，因此也能让回转磁率作小幅的调整。 Salis和他的同伴就是利用这样的原理，在不同的组成材料中，将电子的波函数移转到半导体结构的领域。Salis是加州大学圣塔芭芭拉分校David Awschalom的博士後研究生，他们将电子限制在一个半导体仪器上，而半导体是由砷化镓(gallium arsenide)和砷化镓铝(aluminum gallium arsenide)的薄膜镀制而成。他们小心翼翼地控制铝原子的电子传送，不同於一般箱型障壁的形状，他们企图设计出一个形状如同山谷斜坡的能量障壁来限制波函数，但该障壁并非陡峭的形状，而是呈抛物线的。我们可以藉着逐渐改变异质结构(heterostructure)的薄膜中，铝在砷化镓铝之中的含量，来了解波函数受限制的情况。 当研究人员一开始施加电压，这山谷的斜坡会像跷跷板一样地倾斜。一旦电子穿过位能井，从这端的材料到达另一端，量子力学的效应会依据电场的正负值来改变电子的自旋方向。 这个“柔软”的限制所代表的意义是，尽管波函数的形状不变，它还是可跨过半导体，经由电场而持续被替换。回转磁率的变动受铝含量的影响很大：纯的砷化镓中，回转磁率的值为0.44，但在Al0.3Ga0.7As中却为0.40。因此，我们可以藉着调整薄膜的组成成分，将回转磁率的值调整到0，让电子自旋进动(spin precession)完全停息。 研究人员是在异质结构之中示范对电子回转磁率的控制，他以极化雷射光的克尔旋转(Kerr rotation)，来测量自旋进动。他们观察到一个受电压影响的回转磁率，在40K的温度下，其值波动的范围在-0.11到+0.05之间。 这个调整电子回转磁率的技术，可以为量子资讯的开发做出贡献，而且为基本量子电子状态中新颖的重要现象──如强磁量子霍尔状态──提供了更深入的理解。 “要在纳米的尺度下操纵电子的自旋方向，这是个可行的好方法。”Awschalom说，“大部分量子资讯的处理系统，会有以电流来调整电子自旋的需求。” 或许有一天，他们的研究成果能够帮助科学家进一步了解量子自旋电子学的概念，因为在计算的应用上，电子的自旋会比电荷更为重要。但Awschalom也指出，下一步是十分艰难的一步。我们必须在位能井之中找到一个方式，将众多电子控制在同样的自旋态之中。而要达成这个目标，还需要许多更新的物理理论来协助。 |
9楼2007-12-23 22:53:00
10楼2008-03-14 16:14:43
