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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/4102| Respuesta óptica no lineal de sistemas con acoplamiento espín-órbita Nonlinear optical response of spin-orbit coupled systems | |
| DANIEL ALBINO MUÑOZ SANTANA | |
| Jesús Alberto Maytorena Córdova | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| espín-órbita, no-lineal, anisotropía, espintrónica spin-orbit, nonlinear, anisotropy, spintronics | |
| Se calcula la respuesta lineal y de segundo armónico de la corriente eléctrica y de espín de dos sistemas anisotrópicos con interacción espín-órbita. Primero se derivan expresiones generales de estas funciones respuesta para un Hamiltoniano genérico de dos bandas, las cuales tienen un gran rango de aplicación. El primer sistema es un gas de electrones bidimensional en presencia de acoplamiento espín-órbita tipo Rashba y tipo Dresselhaus lineal en k. Los cálculos muestran cuál es la forma general y el tamaño del espectro, lo estrecha o ancha que puede ser la ventana de absorción, así como su desplazamiento en la frecuencia, todo dependiendo de la orientación cristalográfica que se elija. El conocimiento cuantitativo de esto hace posible un estudio comparativo para varias direcciones de crecimiento, lo que permitiría seleccionar un espectro con características particulares. Se encuentra que no hay segundo armónico de la conductividad eléctrica debido a simetría de inversión temporal. El resto de los tensores se anulan bajo condiciones de simetría SU(2) debido a la colinealidad del campo vectorial espín-órbita. Es posible, bajo otras condiciones, que componentes específicas de los tensores de conductividad de espín se anulen sin necesidad de un campo colineal. De esta manera, una elección adecuada de la dirección de crecimiento y de los parámetros espín-órbita permite seleccionar la polarización de las corrientes de espín lineal y de segundo armónico según la dirección de flujo. El segundo sistema es un gas de electrones libres bidimensional anisotrópico con interacción Rashba también anisotrópica. La presencia de anisotropía de masa y una brecha energética abren distintos escenarios para las transiciones ópticas interbanda permitidas, lo que se manifiesta en las distintas funciones respuesta. La anisotropía del sistema se manifiesta a través de dicroísmo lineal, mientras el rompimiento de simetría de inversión temporal debido a la presencia de una brecha de energía da lugar a fenómenos magneto-ópticos de primer orden, sin embargo, este no es suficiente para evitar la anulación de la respuesta de segundo armónico correspondiente a una corriente de carga. La respuesta lineal revela únicamente corrientes de espín polarizadas fuera del plano, en contraste, las corrientes de segundo armónico fluyen con orientación de espín estrictamente paralela al plano del sistema. We calculate the linear and second harmonic charge and spin current of two anisotropic systems with spin-orbit interaction. General expressions of wide applicability for these response functions are first derived for a generic two-band model Hamiltonian. The first system is a two-dimensional electron gas in the presence of Rashba and k-linear Dresselhaus SO couplings. The calculations show how narrow or wide the response spectra can be, what is their overall shape and size, and frequency shiftings, depending on which crystal orientation is selected. The quantitative knowing of this makes possible a comparative study for several orientations, which would allow to select a spectrum with particular characteristics. We find that there is no second harmonic charge conductivity due to time reversal symmetry. The remaining tensors vanish under SU(2) symmetry conditions, characterized by a collinear spin-orbit vector field. Additional conditions under which specific spin conductivity tensor components vanish are possible without having such collinearity. Thus, a proper choice of the growth direction and SO strengths allows to select the polarization of the linear and SH spin currents according to the direction of flowing. The second system is an anisotropic 2D free electron gas with anisotropic Rashba interaction. The presence of mass anisotropy and an energy gap open several distinct scenarios for the allowed optical interband transitions, which manifest in the linear and SH responses contrastingly. The anisotropy of the system manifests itself through linear dichroism, while time reversal symmetry breaking due to the presence of an energy gap gives rise to first order magneto-optical phenomena, however, this is not sufficient to avoid the vanishing second harmonic response corresponding to a charge current. The linear response displays only out-of-plane spin polarized currents, while the SH spin currents flow with spin orientation lying parallel to the plane of the system strictly. | |
| CICESE | |
| 2024 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Muñoz Santana, D.A. 2024. Respuesta óptica no lineal de sistemas con acoplamiento espín-órbita. Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 83 pp. | |
| OTRAS | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Nanociencias |
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| tesis_Daniel Albino Muñoz Santana_05 abr 2024.pdf | Versión completa de la tesis | 5.02 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |