Spintrônica I: interação spin-órbita em 2DEGs simétricos

Abstract

Estamos estudando uma interação spin-órbita nova em um gás bidimensional de elétrons (2DEGs) formado em poços quânticos com duas sub-bandas ocupadas. Usando uma Hamiltoniana 8x8, como derivada por Kane via o método kp, encontramos um acoplamento spin-órbita, induzido somente pelas sub-bandas, o qual é muito parecido com o acoplamento spin-órbita usual de Rashba. A diferença importante aqui é que esta interação spin-órbita nova que descobrimos ocorre, ao contrário de Rashba, em estruturas simétricas como uma consequência da diferença de paridade entre os estados eletrônicos confinados, dispensando assim a necessidade de estruturas asimétricas. Cáculos iniciais em poços retangulares e parbólicos mostram que esta nova constante é comparável em intensidade com a constante de acoplamento da interação spin-órbita de Rashba. Também estamos descobrindo que esta nova interação produz os mesmos movimentos oscilatórios na trajetória de um elétron livre como previsto pela equação de Dirac, bem como trajetórias exóticas do tipo ciclóidais e espirais sem a presença de campos magnéticos externos. Além disto, encontramos também um mapa entre a nossa nova Hamiltoniana e a equação de Dirac para um elétron relativístico no vácuo. Desta forma, temos um laboratório formado por estruturas semicondutoras NGS que nos possibilitará observar diretamente muitas previsões da equação de Dirac ainda sem observaçes diretas.