中文摘要：

现代微加工技术使制备多种基于纳米尺度的微小器件成为可能，基于电子自旋的纳米技术的发展推动了信息技术的进步。量子点（也称人造原子，多个量子点耦合构成人造分子）是典型的纳米尺度结构，也是研究量子相干现象和揭示电子及其自旋输运特征的"实验平台"。由超导体、正常金属或铁磁金属与量子点耦合形成混杂量子点系统由于其电子及其自旋丰富的输运行为是凝聚态物理研究的热点问题。本项目在借鉴和结合混杂量子点体系直流输运研究的基础上来研究混杂量子点体系自旋电子含时输运（交流输运）问题。建立混杂量子点系统自旋电子含时输运的一般理论框架，研究含时条件下自旋电子输运的电导、电流、自旋流、自旋积聚等物理量的时空演化，揭示含时条件下混杂量子点体系自旋电子输运的物理机制。该项目的研究能够使我们从物理原理上理解受限混杂量子点体系中自旋电子的含时输运行为，揭示更多的新物理；并且对于设计和发展自旋电子纳米器件提供理论上的支撑。

结论摘要：

自从巨磁电阻效应的发现以及自旋电子学的概念被提出以来，基于电子自旋的输运研究业已成为凝聚态物理领域中的热点问题，其研究结果有力地推动了信息技术的进步。混杂量子点结构为研究电子的自旋相关输运提供了新的平台，我们主要研究了混杂量子点系统的自旋电子含时和稳衡输运问题。第一，我们设计并研究了一个四端Andreev反射仪，同时考虑了自旋-轨道耦合作用，利用非平衡格林函数方法计算了系统的电导和电流。发现交叉Andreev反射和自旋-轨道耦合作用有利于产生自旋极化的Andreev反射，甚至纯的自旋流也能产生以及自旋相关的电流在外磁场的作用下存在开关效应。第二，我们提出了一个三端混杂量子点结构并且研究了在含时光场照射下的热电效应。发现含时光场使得电导谱和热导谱产生Fano共振，而且在Fano峰附近热功率和热电转换效率（ZT）显著提高，这种含时光场有利于获得较大的自旋热电转换效率，极大地违背了传统的Wiedemann–Franz规律。第三，我们利用非平衡格林函数方法研究双量子点结构的Andreev反射，考虑了自旋-轨道耦合作用对Andreev反射的影响。发现了自旋极化的Andreev反射的存在，甚至一个纯自旋流也能够产生,电流存在整流效应。更为重要的是发现自旋极化流存在负微分电导现象，这种效应能被广泛应用于放大器和振荡器。第四，我们研究了由两个量子点构成的三端异质结构系统的电子输运。考虑了在超导电极中的非相干耦合效应对于电子输运的影响。解析性地推导了直接Andreev反射和交叉Andreev反射的电导表达式。发现CAR破坏了时间反演对称性，电导谱中存在自旋阀效应，一个纯的自旋流能够产生。研究结果表明，通过调整系统的参数，这个结构的优化特征可以被获得。最后，我们提出一个四端子混杂结构量子点系统的电子特征，这里面量子点连接了两个铁磁电极、一个正常金属和一个超导体。发现自旋有关的Andreev反射电流具有类晶体管电流的特点，而且通过调控系统的参数，一个纯的自旋流能够产生。进一步的研究结果表明自旋翻转效应和两个铁磁电极之间的磁矩角度能够决定自旋电流的特征。这些研究结果为操控纳米结构中的量子输运提供了可能。