Spinowy efekt Halla - Dyrdał, Anna (My University, 2013)
Przedmiotem rozprawy są teoretyczne badania spinowego efektu Halla (SEH) w wybranych modelowych układach takich jak dwuwymiarowy gaz elektronowy, grafen i silicen oraz półprzewodniki IV-VI. W obliczeniach wykorzystano formalizm funkcji Greena (teoria liniowej odpowiedzi, diagramy Feynmana, formalizm Keldysha - metoda równań kinetycznych). Zbadano topologiczny wkład do SEH w dwuwymiarowym gazie elektronowym ze stałym oddziaływaniem Rashby i Dresselhausa oraz przeanalizowano jak domieszki wpływają na spinowe przewodnictwo holowskie w tym układzie. Rozważono także wpływ fluktuacji pola Rashby na SEH w dwuwymiarowym gazie elektronowym. W przypadku atomowej monowarstwy grafenu zbadano wkład topologiczny do spinowego przewodnictwa holowskiego pochodzący od tzw. wewnętrznego oddziaływania spin-orbita oraz od oddziaływania spin-orbita Rashby. W przypadku pojedynczej warstwy grafenu zbadano również wpływ fluktuacji pola Rashby na SEH. Pokazano, że w silicenie oraz podwójnej warstwie grafenu z wewnętrznym oddziaływaniem spin-orbita obserwuje się, w wyniku przyłożenia napięcia bramkującego, przejście od tzw. fazy spinowego izolatora do fazy konwencjonalnego izolatora. Ostatnia część rozprawy dotyczy półprzewodników IV-VI, które należą do klasy spinowych izolatorów.

The aim of this thesis is a theoretical analysis of spin Hall effect (SHE) in some model systems, like two-dimensional electron gas, graphene, silicine and IV-VI semiconductors. The research has been focused on the examination of how various types of spin-orbit interactions in pure systems (without impurities or defects) affect spin Hall conductivity, and how the presence of impurities modifies the spin Hall current. The intrinsic SHE due to constant (spatially uniform) Rashba and Dresselhaus spin-orbit coupling and the role of impurities in two-dimensional electron gas is discussed. The role of random Rashba field in this system is also considered. In single layer of graphene the topological SHE in the presence of intrinsic and constant Rashba spin-orbit interaction as well as SHE created by fluctuating Rashba field is discussed. In bilayer of graphene and single layer of silicene with an external gate voltage are shown a transition from the spin Hall insulator phase at low bias to the conventional insulator behavior at higher voltages. The last part of the thesis concerns the SHE in three-dimensional system like IV-VI semiconductors that are spin insulators.
Spin Hall effect
Wydział Fizyki: Zakład Fizyki Mezoskopowej
Keywords: Spinowy efekt Halla; Spin Hall effect; Prąd spinowy; Spin current spin-orbit interaction; Oddziaływanie spin-orbita; Graphene and silicene; Grafen i silicen; Półprzewodniki IV-VI; IV-VI semiconductors