Spintronics in time-dependent systems: Manipulation and detection of spin currents by rashba spin-orbit interaction
Zamana bağlı sistemlerde spintronik: Rashba spin-yörünge etkileşimi ile spin akımlarının manipülasyonu ve ölçümü
- Tez No: 784886
- Danışmanlar: PROF. DR. İNANÇ ADAGİDELİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Floquet teorisi, Kuantum, Spintronik, Taşınım, Floquet theory, Quantum, Spintronics, Convection
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Fizik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tezde iki boyutlu elektron gazlarında spine bağlı taşınım oluşturma amacıyla spin-yörünge etkileşiminin manipülasyonunu ele aldık. Rashba spin-yörünge etkileşimi hem uzamda hem de zamanda modüle olabilir. Burada biz nano ve mezo ölçekli iletkenlerde zamanda periyodik Rashba spin-yörünge etkileşimi yoluyla nasıl spin akımı oluşturulabileceği sorusuna odaklanıyoruz. Hesaplarımızı, bu sistemlerdeki zamanda periyodik taşınım özelliklerinin incelenmesinde standart bir yöntem olan Floquet saçınım kuramı ile yaptık. Analitik ve yaklaşıklık içeren hesaplarımızı nümerik spine bağlı taşınım simülasyonlarıyla kontrol ederek, bias gerilimi olmadığı durumda dinamik Rashba SOI ile oluşmuş AC ve DC yük ve spin akımlarını analiz ettik. Ayrıca, zamana bağlı Rashba etkileşimi halinde yüksek harmonik oluşumunu irdeleyip, sistem bir veya iki parametre içerdiği durumda adyabatik yaklaşıklıkta ve bunun ötesinde pompalanmış yük ve spin akımını inceledik. Öte yandan, 2 boyutta elektron gazlarında spin-yörünge etkileşimi SU(2) ayar alanları kullanılarak da formüle edilebilir. Bir ayar dönüşümü ile Rashba spin-yörünge etkileşiminin spine bağlı gerilimler oluşturduğu gösterilebilir. Bu ayar dönüşümü ayrıca ilgili Onsager simetrilerinin belirlenmesini sağlar. Bu da, özellikle spin-yörünge etkileşiminin materyal boyunca homojen olmadığı durumda, spin transistör gereçlerinin gerçekleştirilmesi yolunda kullanılabilir. Bu iki olguyu birleştirerek dinamik Rashba spin-yörünge etkileşimi kullanarak spin akımı oluşturan bir spin transistörü ileri sürüyoruz. Son olarak, spin akımlarını yük akımlarına çevirmek için uzamda homojen olmayan Rashba spin-yörünge etkileşiminden yararlandık ki bu da deneysel olarak spin akımlarını saptamayı mümkün kılan bir mekanizma sağlıyor.
Özet (Çeviri)
In this thesis, we consider manipulating spin-orbit interaction to generate spin-dependent transport in two-dimensional electron gases (2DEG). Rashba spin-orbit interaction (SOI) can be modulated both spatially and temporally. Here, we focus on how we can create spin currents in nano- or mesoscale conductors via periodically time-dependent Rashba SOI. We base our calculations on the Floquet scattering theory, which is the standard tool to study the time dependency of transport properties in these systems. We analyze AC and DC charge and spin currents generated by dynamical Rashba SOI in the absence of bias voltage, checking our analytical expressions and approximations with full numerical spin-dependent transport simulations and studying our numerical results in both low and high-frequency regimes. We also investigate high harmonic generation in a time-dependent Rashba coupling and study the pumping charge and spin current when the system involves one or two adjustable parameters in and beyond the adiabatic approximation. Spin-orbit coupling in 2DEGs can also be formulated using SU(2) gauge fields. Through a gauge transformation, one can show that the time-dependent Rashba SOI induces spin-dependent voltages. Furthermore, this gauge transformation enables one to identify relevant Onsager symmetries. The latter can then be exploited for the realization of spin transistor devices, particularly when the spin-orbit interaction is inhomogeneous throughout the sample. Combining these two concepts, we propose a spin transistor that generates spin current by employing the dynamical SOI. Finally, we exploit spatially inhomogeneous Rashba SOI to convert spin currents into charge currents, providing an experimentally feasible detection mechanism.
Benzer Tezler
- Application of density functional theory on nanomagnetic heusler alloys
Density functional teorinin nanomanyetik heusler alloylara uygulanması
KEMAL ÖZDOĞAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2004
Fizik ve Fizik MühendisliğiGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik Ana Bilim Dalı
PROF.DR. BEKİR AKTAŞ
- Spintronic properties of carbon and silicon based nanostructures
Karbon ve silikon tabanlı nanomalzemelerin spintronik özellikleri
ENGİN DURGUN
Doktora
İngilizce
2007
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. SALİM ÇIRACI
- Structural and magnetic properties of Si(100)/Ta/Co multilayers for spintronics applications
Spintronik uygulamaları için Si(100)/Ta/Co çoklu katmanların yapısal ve manyetik özellikleri
KADİR VAHAPLAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2007
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SÜLEYMAN TARI
- Electro-magnetic properties and phononic energy dissipation in graphene based structures
Grafen tabanlı yapılarda elektronik-manyetik özellikler ve fononik enerji yitimi
HALDUN SEVİNÇLİ
Doktora
İngilizce
2008
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Bölümü
PROF. SALİM ÇIRACI
- The growth and characterization of Fe/tTaOx/Co multilayers for spintronics applications
Spintronik uygulamaları için Fe/TaOx/Co çoklu katmanlarının büyütülmesi ve karakterizasyonu
HÜSEYİN TOKUÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SÜLEYMAN TARI