Transistor spintrônico: descoberta e caracterização de isolantes topológicos - Acosta, Carlos Augusto Mera (2018)
O principal objetivo da spintrÖnica Ä entender os mecanismos que permitem controlar de forma eficiente tanto a configuraìïo de spin quanto as correntes de spin, orientando ao uso do grau de liberdade do spin como o elemento bçsico de dispositivos digitais. Por exemplo, o ?transistor spintrÖnico, no qual o \"ON\" e o \"OFF\" sïo definidos pela orientaìïo do spin. Muitos destes mecanismos propostos estïo baseados na geraìïo de corrente de spin em semicondutores tipo Rashba e isolantes topolùgicos (TIs) usando a interaìïo spin-ùrbita e campos elÄtricos. No entanto, embora os TIs apresentam estados de borda ou superfÆcie protegidos contra a desordem por uma certa simetria, os sistemas que tÉm sido propostos sïo muito sensÆveis aos processos de fabricaìïo, impurezas e efeitos de temperatura; de fato, nïo Ä trivial observar os fenÖmenos conhecidos ou inclusive obter experimentalmente o transporte de spin dominado pelos estados topologicamente protegidos. Nesta tese, usando cçlculos de primeiros princÆpios, modelos \"tight-binding\" e cçlculos de invariantes topolùgicos, foi proposta uma possÆvel soluìïo para estes problemas, nïo somente para predizer novos TIs de forma sistemçtica, mas tambÄm para sugerir novos fenÖmenos que permitam controlar as correntes de spin. Especificamente, i) exploramos a famÆlia de sistemas similares ao grafeno, propondo uma nova classe de inversïo de banda; ii) usando aprendizado de mçquina prevemos de forma sistemçtica novos TIs; iii) encontramos que os estados de bulk poderiam tambÄm ser protegidos pela simetria de reversïo temporal, e nïo necessariamente a procura deve ser focada em encontrar matÄrias com gap grande; iv) encontramos que um campo elÄtrico quebrando a simetria de espelho em isolantes topolùgicos duais permite controlar a polarizaìïo de spin, levando a uma geraìïo nïo dinëmica de spin o qual permitiria a construìïo de um transistor spintrÖnico; e v) estudamos a influencia dos estados de Bulk no transporte de estados de superfÆcie. Neste estudo, implementamos os invariantes topolùgicos: n£mero de Chern e invariante Z$_2$ nos cùdigos SIESTA, VASP e AIMS usados para cçlculos de primeiros princÆpios. TambÄm implementamos um modelo para o transporte eletrÖnico usando spin-ùrbita. Acreditamos que nosso trabalho ajuda no entendimento das propriedades dos TIs, dos efeitos de campos elÄtricos externos e as possÆveis aplicaì¢es para dispositivos. TambÄm acreditamos que nossa proposta, o controle da polarizaìïo de spin quebrando a simetria de espelho, poderia abrir uma nova çrea de estudo em TIs.