مطالعه ترابرد الکترونی در اتصال های نقطه ای کوانتومی خواص مهم و جالبی دارد که توجه زیادی را به صورت نظری و تجربی به خود جلب کرده است. نظریه ترابرد الکترونی در اتصال های نقطه ای کوانتومی غیر مغناطیسی قبلا مورد بررسی قرار گرفته بود. در این پایان نامه ما با وارد کردن درجه آزادی اسپین از طریق در نظر گرفتن برهمکنش تبادلی در هامیلتونین اتصال های نقطه ای کوانتومی gamnas و eus نظریه فوق را برای این اتصال های نقطه ای کوانتومی مغناطیسی تعمیم می دهیم. همچنین دراتصال های نقطه ای کوانتومی znmnse قطبیدگی اسپینی در حضور میدان مغناطیسی رخ می دهد. در حضور میدان مغناطیسی، بر همکنش اسپین الکترونهای رسانشی با اسپین یونهای جایگزیده mn را در هامیلتونین در نظر گرفته و تغییرات لازم را در فرمولبندی ترابرد اعمال می کنیم. آن گاه رسانندگی اسپینی و فیلتر کنندگی اسپینی و مغناطومقاومت را در اتصال های نقطه ای ساخته شده از این مواد به طور نظری مورد بررسی قرار می دهیم. نتایج بدست آمده نشان می دهد که در اتصال های نقطه ای کوانتومی فرومغناطیس متقارن ، رسانندگی اسپینی به جهت گیری اسپین ، اندازه انرژی شکافتگی اسپینی و شکل سطح مقطع عرضی گلوگاه در اتصال های نقطه-ای وابسته می باشد. همچنین اندازه انرژی آستانه برای قطبیدگی اسپینی 100 درصد به مقدار انرژی شکافتگی اسپینی در نیمرساناهای فرومغناطیسی و اندکی به طول موثر گلوگاه بستگی دارد. علاوه بر این در اتصال های نقطه ای کوانتومی پارامغناطیس متقارن می توان به مغناطومقاومت و قطبیدگی اسپینی 100 درصد دست یافت.

در سالهای اخیر با پیشرفت در کوچک سازی قطعات نیمرسانای تونلی، جنبه زمانی فرایند تونل زنی مورد توجه زیادی قرار گرفته است. علاوه بر اهمیت ذاتی کوانتوم مکانیکی مسئله، زمان تونل زنی از نظر فهم دینامیک تونل زنی در قطعات با سرعت بالا نیز از اهمیت بسزایی برخوردار است، زیرا زمان تونل زنی پارامتر کلیدی در تعیین راندمان قطعات الکترونیکی می باشد. با توسعه شاخه جدید اسپینترونیک، زمان تونل زنی حاملان بار با جهت های اسپینی متفاوت مورد توجه قرار گرفته است. علیرغم اهمیت ساختارهای چند لایه ای gamnas / gaas و eus / metal ، تا آنجایی که ما واکاوی کرده ایم، تاکنون زمان تونل زنی اسپینی در آنها مورد بررسی قرار نگرفته است. با توجه به اینکه gamnas وeus از مواد نیمرسانای فرومغناطیس می باشند که بطور همزمان خواص نیمرسانایی و مغناطیسی را دارا می باشند و با استفاده از آنها در ساختارهای چند لایه ای می توان باریکه اسپین قطبیده را در غیاب میدان مغناطیسی ایجاد نمود، از اهمیت خاصی بمنظور بکارگیری در قطعات اسپینترونیکی برخوردار می باشند. در این تحقیق زمان تونل زنی اسپینی را به روش سرعت گروه، در ساختارهای چند لایه ای، فلز غیرمغناطیسی eus / و gamnas / gaas مورد بررسی قرار داده ایم. نتایج بدست آمده نشان می دهد که زمان تونل زنی اسپینی، به میزان قابل توجهی به پارامترهایی نظیر انرژی حامل های فرودی، ضخامت لایه های مغناطیسی و غیر مغناطیسی، جهت گیری حامل ها و بایاس اعمالی، وابسته است. در ساختارهای سد دوگانه، در بعضی از انرژی ها و ضخامت ها، تونل زنی تشدیدی رخ می دهد که در آن مقادیر، زمان تونل زنی اسپینی به میزان قابل توجهی افت می کند و احتمال عبور دارای بیشترین مقدار است. بایاس اعمالی، قله های احتمال عبور و دره های زمان تونل زنی را به سمت انرژی ها و ضخامت های کمتر، جابجا می کند. همچنین تغییر جهت مغناطیس شدگی در لایه های مغناطیسی، به میزان قابل ملاحظه ای بر زمان تونل زنی حامل ها اثر می گذارد که برای حامل های با اسپین بالا و حامل های با اسپین پایین، این تاثیر، متفاوت است.

مطالعه خواص ترابردی در ساختارهای شامل فلز عادی (nm)، فرومغناطیس (f) و ابررسانا (sc) به دلیل کاربردهای ممکن آن ها در قطعات توجه زیادی را به خود جلب کرده است. در این پایان نامه، به طور نظری با استفاده از معادله بوگولیوبوف د-جنس bdg ترابرد اسپینی در ساختارهای فلز عادی/نیمرسانای فرومغناطیس/ابررسانا (nm/fs/sc) و فلز عادی/عایق فرومغناطیس/فلز عادی/ابررسانا (nm1/fi/nm2/sc) را بررسی کردیم. آثار انرژی فرودی، قدرت سد و ضخامت لایه های میانی بر روی رسانندگی، شات نویز و قطبیدگی اسپینی بررسی شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که قدرت سد واقع در فصل مشترک nm/fs اثرات متفاوتی را بر روی رسانندگی اسپین بالا و اسپین پایین دارد. به طوریکه درجه بالایی از قطبیدگی اسپینی را می توان با یک مقدار نسبتاً بالای قدرت سد بدست آورد. همچنین دریافتیم که با افزایش قدرت سد nm2/sc در ساختار nm1/fi/nm2/sc، رسانندگی اسپین بالا افزایش می یابد و رسانندگی اسپین پایین کاهش می یابد. ما همچنین اثر جفت شدگی موج d را بر روی رسانندگی ساختار nm1/fi/nm2/sc بررسی کردیم. دریافتیم که با افزایش ? زاویه جهت گیری ابررسانای موج d، قله رسانندگی زیر گاف به سمت انرژی های کمتر جا به جا می شود.

ترابرد وابسته به اسپین در سیم های کوانتومی‎ که‎‎‎‎‎‎ قدرت برهمکنش اسپین-مدار راشبا در داخل آنها بصورت تناوبی و شبه تناوبی با ترتیب فیبوناچی تغییر می کند، با استفاده از روش ماتریس انتقال بطور نظری مورد بررسی قرار گرفته است. تاثیر تعداد واحدهای سازنده سیم، طول واحدهای سازنده، قدرت برهمکنش اسپین-مدار راشبا، انرژی الکترون های فرودی و یک واحد نقص، بر روی ضریب عبور و شات نویز و قطبش اسپینی بررسی شده است. فهمیده شده است که در یک سیم کوانتومی با قدرت اسپین-مدار راشبای تناوبی، ضرائب عبور و شات نویز، رفتاری تناوبی و موج-مربعی را از خود نشان می دهند، که می تواند نقش مهمی در طراحی قطعات اسپینترونیکی ایفا نماید. در سیم های تناوبی با یک واحد بی نظم، واحد نقص سبب می شود که تعدادی تراز منزوی در داخل نوارهای ممنوعه ی ضریب عبور ظاهر شود. در طیف ترابردی یک سیم کوانتومی با قدرت برهمکنش اسپین-مدار راشبا با ترتیب فیبوناچی، نوارهای ترابردی و گاف ها بصورت سلسله وار، سه شاخه و خود-متشابه هستند. قطبش اسپینی برحسب تابعی از انرژی فرودی یا قدرت اسپین-مدار، رفتاری نوسانی را از خود نشان می دهد، که بر سودمندی این ساختارها به عنوان قطعات کلیدزنی اسپینی اشاره دارد.

ساختارهای مزوسکوپیک شامل لایه های فرومغناطیس و ابررسانا مورد توجه زیادی قرار گرفته اند. این ساختارها همبستگی کوانتومی بین آثار همدوسی در فلز عادی یا فرومغناطیس و همدوسی ذاتی ابررسانایی را که توسط بازتاب آندریو تامین می شود، به نمایش می گذارند. در این پایان نامه رسانندگی تونلی یک پیوند ابررسانای نوع-p‎/ فلز عادی/ فرومغناطیس ‎( f/n/p-wave sc)‎ بر پایه گرافن را با استفاده از معادله دیراک-بوگولیوبوف د - جنس و فرمولبندی btk ‎ مورد بررسی قرار دادیم. دریافتیم که طیف رسانندگی پیوند ‎ f/n/p-wave scیک قله ی رسانندگی بایاس صفر را برای ابررساناهای موج‎- px و موج-i py+ px نشان می دهد، درحالی که این طیف یک دره رسانندگی بایاس صفر را در حضور ابررسانای موج py نشان می دهد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که وقتی انرژی تبادلی مقداری نزدیک انرژی فرمی داشته باشد، این پیوند یک جریان کاملأ اسپین قطبیده را بدست می دهد. رسانندگی بایاس صفر پیوند ‎ f/n/p-wave scدر حضور ابررسانای موج‎- px مستقل از ضخامت لایه عادی و ولتاژ گیت اعمالی به ناحیه عادی می باشد، درحالی که در حضور ابررسانای موج‎- py ‎ هم برحسب ضخامت لایه عادی و هم برحسب ولتاژ گیت اعمالی به این ناحیه رفتاری نوسانی را نشان می دهد. همچنین دریافتیم که در حد سد نازک، رسانندگی پیوند ‎ f/n/p-wave sc‎ در حضور ابررسانای موج- ‎ px ‎ مستقل از قدرت سد می باشد، درحالی که در حضور ابررسانای موج‎-‎ py ‎ رسانندگی یک رفتار نوسانی را برحسب قدرت سد نشان می دهد.

وجود همزمان خاصیت ابررسانایی و فرومغناطیسیته در یک ابررسانای فرومغناطیس‏، فاز ابررساناییfflo‎ ‎‏، می تواند با اثر تقارب میان یک لایه نازک فرومغناطیس و یک لایه نازک ابررسانا بدست آید. اخیرا‏، ترابرد کوانتومی در پیوندهای بر پایه گرافن توجه زیادی را به خود جلب کرده است‏، که ناشی از خواص قابل توجه گرافن است. در این پایان نامه‏، به بررسی رسانندگی‏، قطبیدگی اسپینی و مغناطومقاومت در ساختار ابررسانای فرومغناطیس/ عایق/ فرومغناطیس بر پایه گرافن با استفاده از معادلات دیراک-بوگولیوف د-جنس پرداختیم. آثار انرژی الکترون های فرودی‏، ولتاژ بایاس‏، گاف انرژی گرافن‏، انرژی تبادلی ناحیه فرومغناطیس و ابررسانای فرومغناطیس را روی رسانندگی‏، قطبیدگی اسپینی و مغناطومقاومت بررسی کردیم. آثار لایه عایق روی خواص ترابردی هم برای لایه ای با ضخامت معین و هم در حد سد نازک‏، در نظر گرفته شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهند که قطبیدگی اسپینی و مغناطومقاومت پیوند ابررسانای فرومغناطیس/ عایق/ فرومغناطیس بر پایه گرافن با ضخامت ناحیه عایق‏، ولتاژ گیت اعمالی روی ناحیه عایق و قدرت سد یک رفتار نوسانی دارد. نتایج ما نشان می دهند که ساختار ابررسانای فرومغناطیس/ عایق/ فرومغناطیس بر پایه گرافن‏، می تواند بعنوان یک عنصر مفید در اسپینترونیک بر پایه گرافن عمل نماید.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

در سال های اخیر ترابرد جریان اسپین قطبیده از ساختار های چند لایه ای نیمرسانای غیرمغناطیسی / نیمرسانای مغناطیسی رقیق شده (dms/nms) به دلیل کاربرد آنها در اسپینترونیک توجه زیادی را به خود معطوف کرده است. در این پایان نامه به طور نظری آثار جفت شدگی اسپین- مدار راشبا را روی مغناطومقاومت و قطبیدگی اسپینی ساختار سد دو گانه dms/nms در حضور میدان مغناطیسی بررسی نمودیم. نتایج به دست آمده نشان می دهد که جفت شدگی اسپین- مدار راشبا منجر به طرح زنش واضحی در مغناطومقاومت و قطبیدگی اسپینی این ساختار می شود. نتایج بررسی اثر جفت شدگی اسپین- مدار راشبا روی مغناطومقاومت تونلی در ساختار چند لایه ای nms/dms/nms ، نشان می دهد که اثر راشبا منجر به افزایش مغناطومقاومت تونلی منفی و قطبیدگی اسپینی می شود. همچنین اثر برهمکنش اسپین- مدار راشبا را روی ضریب عبور و چگالی جریان اسپینی در ساختار چند لایه ای dms/nms در حضور میدان مغناطیسی و با اعمال بایاس خارجی بررسی نمودیم. مشخص شد که اثر راشبا باعث کاهش سد پتانسیل احساس شده توسط الکترون های اسپین- پایین و در نتیجه افزایش چگالی جریان اسپین قطبیده می شود.