Nowe sprzężenia spinowe i spintronika
Fizyka wielu ciał umożliwia poznanie i opisanie zachowania się licznych sprzężonych cząstek, które jest często o wiele bardziej skomplikowane niż właściwości poszczególnych elementów takich układów – inaczej mówiąc, całość jest większa niż suma ich części. Jednym z takich badanych elementów jest elektron. Konwencjonalna elektronika wykorzystuje prąd przenoszony przez ruch ładunków (naładowanych elektronów) – i całkowicie pomija spin elektronów. W konwencjonalnych obwodach spiny te są przypadkowe. Możliwość kontrolowania spinów – na przykład ich polaryzowania – otwiera jednak ogromne możliwości w zakresie budowy nowych urządzeń. Sprzężenie spinowo-orbitalne (SOI) dotyczy zależności między spinem elektronu a jego momentem pędu (dotyczącym obracania się wokół własnego jądra). Zjawisko to stanowi podstawę spintroniki (określanej też jako elektronika spinowa czy magnetoelektronika), która tworzy teoretyczne podstawy urządzeń kwantowych. Europejscy naukowcy biorący udział w projekcie "Zjawiska sprzężeń spinowych i wielociałowych w nanostrukturach półprzewodnikowych" (Spinmanybodyseminano) starali się rozwiązać różne problemy dotyczące SOI i wynikające z połączenia dwóch rodzajów SOI (Bychkova-Rashby i Dresselhausa) w dwuwymiarowym systemie elektronowym (2DES). Naukowcy wyprowadzili dokładny wzór na funkcję polaryzacji, wykazując osobliwości (miejsca, w których obserwowane są nieregularne zachowania) prowadzące do powstawania oscylacji Friedla, będących nietypowymi pulsacjami ładunków dodatnich i ujemnych wokół ładunku nieruchomego. Ponadto, przedstawili rozwiązanie problemu spinów brzegowych (spin edge states) oraz nowe mody regulowane przez zadane pola elektryczne i magnetyczne, stanowiące tym samym skuteczne narzędzie pozwalające kontrolować ruch spinów w urządzeniach spintronicznych. Naukowcy przewidzieli też nowy rodzaj SOI w półprzewodnikach dwuwarstwowych, mianowicie opór Halla spinu (spin Hall drag, SHD), związany z akumulacją spinów w jednej warstwie, wzbudzaną prądem elektrycznym w drugiej warstwie. Trwające prace powinny wyjaśnić dalsze zjawiska dotyczące SOI i znaleźć bezpośrednie zastosowanie w innowacyjnych urządzeniach spintronicznych.
