Nuove interazioni tra gli spin degli elettroni e la spintronica
La fisica a corpi multipli fornisce la base per comprendere e descrivere i comportamenti emergenti di numerose particelle interagenti, che spesso sono diversi e più complessi rispetto alle proprietà delle singole particelle. In altre parole, il tutto non si limita ad essere una somma delle parti. Tra le particelle oggetto di studio vi sono gli elettroni. L'elettronica tradizionale si basa sulla corrente trasportata dal movimento della carica (gli elettroni caricati) e finora ha ignorato completamente lo spin degli elettroni, che nei circuiti convenzionali è casuale. La possibilità di controllare gli spin, ad esempio per allinearli o polarizzarli e determinare le interazioni di corpi multipli, offre tuttavia potenzialità straordinarie per lo sviluppo di nuovi dispositivi. L'interazione spin-orbita si riferisce alla relazione tra lo stato di spin di un elettrone e il suo momento angolare orbitale, cioè il momento associato alla sua rivoluzione intorno al nucleo. Questo fenomeno si trova alla base della spintronica, chiamata anche elettronica degli spin o magnetoelettronica, che pone le basi teoriche dei dispositivi quantistici. I ricercatori europei supportati dal finanziamento del progetto Spinmanybodyseminano ("Spin and many-body interaction phenomena in semiconductor nanostructures") hanno cercato di studiare e risolvere numerosi problemi riguardanti le interazioni spin-orbita derivanti dall'effetto combinato di due tipi, rispettivamente le interazioni spin-orbita di Bychkov-Rashba e di Dresselhaus, in un sistema elettronico bidimensionale (2DES). Gli scienziati hanno ottenuto una formula esatta per una specifica funzione di polarizzazione, dimostrando le singolarità (punti dove si rilevano comportamenti irregolari) che portano alle oscillazioni di Friedel, strani pattern di increspature delle distribuzioni di cariche positive e negative intorno a una carica stazionaria. Hanno inoltre presentato una soluzione esatta del problema degli stati spin edge e dimostrato nuove modalità sintonizzabili tramite l'applicazione di campi elettrici e magnetici, fornendo così uno strumento efficace per il controllo del movimento di spin nei dispositivi spintronici. I ricercatori hanno previsto un nuovo tipo di interazione spin-orbita nei semiconduttori a doppio strato, cioè lo spin Hall drag (SHD), associato all'accumulazione dello spin su un livello indotto da una corrente elettrica lungo l'altro livello. La prosecuzione delle attività svolte dal progetto permetterà certamente di chiarire meglio i nuovi fenomeni legati alle interazioni spin-orbita, con possibilità di applicazione diretta a dispositivi spintronici innovativi.
