Spin-dependent transport in semiconductor nanowires controlled by spin-orbit interaction

This work was dedicated to the theoretical study of semiconductor nanostructures aimed at the implementation of spin dependent electronic transport. The objective was to study the electron transport properties considering the Rashba spin-orbit interaction located in a certain spatial region. Different configurations were considered for the intensity of the Rashba interaction, external potential and external magnetic field applied to the nanowire. In this way, we understand the modulation of spin transport when it is projected in the z-direction through the combination of spin-orbit interaction and system dimensionalities. In particular, we find a semi-analytical solution capable of determining spin dependent transport properties. This semi-analytic solution was applied to the electronic transport in a nanowire, considering a strictly one-dimensional model and a quasi one-dimensional model employing the effective mass approximation (k-p method). In this case, the electrons confined in a nanowire cross a region where the spin-orbit coupling is present, which will modify its transmission. Under certain conditions, the interaction of Rashba causes a suppression of the transmission for certain energies of the incident electrons. Such suppression can be understood as being the effect of coupling a bound state with the states of the continuum. These results open a new perspective for the understanding of experimental results of electronic transport in nanowires.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Esse trabalho foi dedicado ao estudo teórico de nanoestruturas semicondutoras visando a implementação do transporte eletrônico dependente de spin. O objetivo foi estudar as propriedades de transporte de elétrons considerando a interação de spin-órbita de Rashba localizada em certa região espacial. Foram consideradas diferentes configurações para a intensidade da interação de Rashba, potencial externo e campo magnético externo aplicado ao nanofio. Desse modo, compreendemos a modulação do transporte de spin quando esse é projetado na direção-z através da combinação da interação spin-órbita e das dimensionalidades do sistema. Em particular, encontramos uma solução semi analítica capaz de determinar as propriedades de transporte dependente de spin. Essa semi analítica solução foi aplicada ao transporte eletrônico em um nanofio, considerando um modelo estritamente unidimensional e um modelo quase unidimensional usando a aproximação de massa efetiva (método k-p). Neste caso, os elétrons confinados no um nanofio atravessam uma região onde o acoplamento spin-órbita está presente, o qual modificará sua transmissão. Em certas condições, a interação de Rashba causa uma supressão da transmissão para certas energias dos elétrons incidentes. Essa supressão pode ser compreendida através como sendo efeito do acoplamento de um estado ligado com os estados do contínuo. Esses resultados abrem uma nova perspectiva para o entendimento de resultados experimentais de transporte eletrônico em nanofios.CAPES: Código de Financiamento 00