Spinowo-orbitalne efekty transportowe w dwuwymiarowym gazie elektronowym z wybranymi formami oddziaływań Rashby i Dresselhausa

Abstract

Postęp w miniaturyzacji urządzeń elektronicznych wymaga głębszego zrozumienia zjawisk fizycznych zachodzących na poziomie mikroskopowym. Stąd badane są układy o niskiej wymiarowości, takie jak cienkie warstwy, traktowane jako struktury dwuwymiarowe (2D). Obiecującym obszarem w tej dziedzinie jest spintronika, której kluczowym zagadnieniem jest oddziaływanie typu spin-orbita, wpływające na zjawiska transportowe, takie jak efekty Halla czy polaryzacja spinowa. W pracy doktorskiej badano właściwości transportowe układów 2D z oddziaływaniem spinowo-orbitalnym typu Rashby i Dresselhausa, ze szczególnym uwzględnieniem ich form kubicznych. W tym celu wykorzystano metody teorii pola w fizyce ciała stałego, w szczególności formalizm funkcji Greena z podejściem diagramowym. Badany układ, dwuwymiarowy gaz elektronowy, jest wykorzystywany do modelowania heterostruktur półprzewodnikowych oraz interfejsów i powierzchni tlenków perowskitowych. W ramach rozprawy rozważana jest nierównowagowa polaryzacja spinowa wywołana polem elektrycznym, anomalny i spinowy efekt Halla, a także nieliniowe zjawiska transportowe, takie jak nieliniowy efekty Halla czy biliniowy magnetoopór. Analizowane są także efekty termoelektryczne: anomalny efekt Nernsta oraz polaryzacja spinowa wywołana gradientem temperatury.

Technological advances in electronic miniaturization have driven the need for a deeper insight into microscopic physical phenomena. This has led to the study of low-dimensional systems, such as thin layers that can be considered two- dimensional structures. A promising field in this area is spintronics, whose one of the most promising concept is spin- orbit interaction. This interaction impacts transport phenomena such as the anomalous Hall effect, the spin Hall effect, and spin polarization. The dissertation investigates the transport properties of two- dimensional systems with Rashba and Dresselhaus types of spin-orbit interaction (SOI), focusing primarily on their cubic forms. Advanced field theory methods in solid-state physics, particularly Green's functions formalism with a diagrammatic approach, are utilized. The investigated system, a two-dimensional electron gas, is used to model semiconductor heterostructures and interfaces or surfaces of perovskite oxides. The dissertation examines non-equilibrium spin polarization induced by an external electric field, the anomalous and spin Hall effects, as well as nonlinear transport phenomena such as the nonlinear Hall effect and bilinear magnetoresistance. Thermoelectric effects, including the anomalous Nernst effect and thermally-induced spin polarization, are also investigated.