Spin relaxation in semiconductor nanostructures (2013)
- Authors:
- Autor USP: HACHIYA, MARCO ANTONIO DE OLIVEIRA - IFSC
- Unidade: IFSC
- Sigla do Departamento: FFI
- Subjects: SPINTRÔNICA; COMPUTAÇÃO QUÂNTICA; POÇOS QUÂNTICOS
- Keywords: Fios quânticos; Interações spin-órbita de Rashba e Dresselhaus; Pontos quânticos; Quantum computation; Quantum dots; Quantum wires; Rashba and Dresselhaus spin-orbit couplings; Relaxação de spin; Spin relaxation; Spintronics
- Language: Inglês
- Abstract: No campo de pesquisa denominado spintrônica é de fundamental importância o entendimento dos mecanismos de relaxação de spin. A fim de contribuir com esse objetivo, estudamos a relaxação de spin em nanoestruturas semicondutoras na presençaa da interação spin-órbita. Primeiramente, analisamos o decaimento e defasamento do spin eletrônico em pontos quânticos formados no grafeno usando a teoria de Bloch-Redfield. Consideramos um ponto quântico circular com as interações spin-órbita intrínseca e de Rashba. A relaxação de spin ocorre via relaxacação de energia pela interação elétron-fônon acompanhado do mecanismo de spin-flip auxiliado pela interação spin-órbita. Previmos a presença de um mínimo no tempo de relaxação de spin T1 em função do campo magnético externo Bext causado pelo acoplamento spin-órbita de Rashba que por sua vez leva a cruzamento evitado de níveis de energia com spins opostos. Em contraste, a interação spin-órbita intrínseca gera um comportamento monotônico de T1 com Bext devido ao acoplamento direto spin-fônon. Demonstramos também que o tempo de decoerência de spin T2 = 2T1 é dominado por contribuições dos mecanismos de relaxação em primeira ordem na interação spin-órbita e na interação elétron-fônon. Desenvolvemos também um modelo numérico que leva em conta o mecanismo de relaxação de spin de D´yakonov-Perel em fios quânticos com múltiplas subbandas. Consideramos espalhamentos elásticos, que conservam a orientação do spin, no operador evolução temporal. Em seguida, calculamos o valor esperado dos operadores de spin dependentes do tempo para um ensemble de elétrons. Por fim, extraímos o tempo de relaxação de spin em função do campo magnético externo Bext. Observamos um comportamento não-monotônico da relaxação de spin para um campo Bext alinhado perpendicularmente ao fio quântico. Em sistemascom acoplamento spin-órbita fracos, nenhuma ressonância de spin é encontrada quando Bext está alinhado paralelamento ao fio quântico. No entanto, previmos o aparecimento de ressonâncias de spin anômalas em sistemas com forte acoplamento spin-órbita mesmo quando Bext está alinhado ao canal balístico. Por fim, estudamos a formação de uma densidade de spin helicoidal cruzada e robusta contra espalhamento por impurezas em um gás bi-dimensional de elétrons na presença das interações spin-órbita de Rashba α and Dresselhaus β. Generalizamos o efeito previsto para um poço quântico com uma subbanda para duas subbandas ocupadas quando as interações spin-órbita assumem o mesmo valor em intensidade mas sinais opostos, e.g., α1 = +β1 e α2 = -β2 para a primeira v = 1 e segunda v = 2 subbandas. Denominamos esse novo padrão de helicóides de spin persistentes e cruzadas. Analisamos as equações de difusão com carga e spin acoplados com o intuito de investigarmos o tempo de vida das densidades de spin helicoidais cruzadas e a possibilidade de medi-las com os experimentos atuais. Estudamos também o efeito da interação spin-órbita interbanda na relaxação dos modos helicoidais de spin, espectro de energia com cruzamentos evitados e texturas de spin
- Imprenta:
- Publisher place: São Carlos
- Date published: 2013
- Data da defesa: 01.11.2013
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ABNT
HACHIYA, Marco Antonio de Oliveira. Spin relaxation in semiconductor nanostructures. 2013. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2013. Disponível em: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76131/tde-13012014-151605/. Acesso em: 04 jan. 2026. -
APA
Hachiya, M. A. de O. (2013). Spin relaxation in semiconductor nanostructures (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76131/tde-13012014-151605/ -
NLM
Hachiya MA de O. Spin relaxation in semiconductor nanostructures [Internet]. 2013 ;[citado 2026 jan. 04 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76131/tde-13012014-151605/ -
Vancouver
Hachiya MA de O. Spin relaxation in semiconductor nanostructures [Internet]. 2013 ;[citado 2026 jan. 04 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76131/tde-13012014-151605/
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