9 Descreva qualitativamente o efeito Hall de spin. Explique por que uma corrente polarizada em spin pode gerar um campo elétrico, assim como uma corrente de cargas é capaz de gerar campo magnético.
Passo 1
O enunciado pede uma descrição qualitativa do efeito Hall de spin e uma explicação de por que uma corrente polarizada em spin pode gerar um campo elétrico, assim como uma corrente de cargas gera campo magnético. O conteúdo envolve spintrônica, Hall convencional, e acoplamento spin-órbita.
Passo 2
Começando pelo Hall convencional: quando uma corrente de elétrons (cargas) atravessa um condutor sob um campo magnético perpendicular, a força de Lorentz faz com que cargas se acumulem nas bordas, gerando uma diferença de potencial transversal (tensão de Hall). Analogamente, uma corrente polarizada em spin pode sofrer deflexões opostas dependendo da orientação do spin, mas sem necessidade de campo magnético externo.
Passo 3
No efeito Hall de spin direto, entra em cena o acoplamento spin-órbita: no referencial do elétron, o campo elétrico interno do retículo cristalino comporta-se como um campo magnético que age de modos opostos sobre spins “up” e “down”. Isso faz com que elétrons com spins diferentes sejam defletidos para lados opostos do material, resultando em um acúmulo de spin nas bordas, mas sem gerar carga líquida.
Passo 4
No efeito Hall de spin inverso, invertemos o processo: injetamos um fluxo de spin (sem carga líquida) e, por conta do mesmo acoplamento spin-órbita, spins “up” e “down” são desviados de maneira desigual, criando um desequilíbrio de cargas nas bordas. Esse desequilíbrio se manifesta como uma diferença de potencial elétrico transversal — ou seja, um campo elétrico induzido pela corrente de spin.
Passo 5
Em resumo, assim como uma corrente de cargas é fonte de campo magnético via Maxwell–Ampère, uma corrente de spin é fonte de campo elétrico via acoplamento spin-órbita. A simetria entre carga e spin no transporte eletrônico permite esse análogo ao efeito Hall convencional. Vimos que a origem está na deflexão spin-dependente gerada pelo acoplamento spin-órbita.
Resposta
O efeito Hall de spin direto desvia spins opostos para bordas contrárias do condutor sem gerar tensão de carga, enquanto o efeito Hall de spin inverso converte um fluxo de spin em uma diferença de potencial elétrico transversal. É graças ao acoplamento spin-órbita que uma corrente polarizada em spin, assim como uma corrente de cargas, gera um campo (elétrico no caso do spin, magnético no caso da carga) de forma análoga.