Theory of spin-orbit interactions in electronic transport and light scattering at the mesoscale

Resumen

En esta Tesis, estudiamos los fundamentos teóricos de las interacciones de espín-órbita en dos de las ramas más prometedoras de la física de hoy en día, la espintrónica y la nanofotónica. Nos enfocamos en entender las posibles analogías entre ambas ramas y en la búsqueda de un posible lenguaje y modelo común para describir las interacciones de espín-órbita. El punto de partida común son las interacciones de espín-órbita que aparecen en problemas de dispersión tanto de electrones como de radiación electromagnética en impurezas aisladas. A partir de este estudio inicial, pasamos a profundizar en las interacciones en ambas ramas por separado.En la parte de nanofotónica, la accesibilidad de los experimentos de dispersión de impurezas aisladas y la falta de estudio básico en las interacciones de espín-órbita en luz, hacen que hoy en día siga siendo un campo con intensa investigación. Concretamente, estudiamos los efectos de la interacción entre el momento dipolar eléctrico y magnético en la dispersión de onda plana de una partícula dieléctrica con índice de refracción alto. Como consecuencia de la transferencia entre el momento angular de espín y orbital, demostramos la aparición de errores de localización divergentes en la detección de campo lejano.En la rama de espintrónica, en cambio, el concepto de acoplo de espín-órbita y sus consecuencias están bien establecidos. Los estudios hoy en día, por tanto, se basan en transporte electrónico, en los que los efectos de espín-órbita de dispersión con impurezas han de sumarse a los del acoplo espín-órbita intrínseco o los del desorden. Concretamente, en esta tesis nos enfocamos en dispositivos híbridos, con regiones con acoplo espín-órbita adyacentes a regiones sin tal acoplo. En este sentido, ofrecemos la descripción de sistemas híbridos en los que las ecuaciones de difusión de espín y carga han de resolverse con ayuda de condiciones de frontera.Gracias al estudio teórico desarrollado en esta tesis en ambas ramas de la física, hemos tenido la oportunidad de contribuir con diferentes publicaciones que forman parte de esta Tesis por compendio de artículos.