O que são correntes de spin? Descreva fisicamente o efeito Hall de spin.

Passo 1

O enunciado pede para explicar o conceito de corrente de spin e, em seguida, fazer uma descrição física do efeito Hall de spin. O conteúdo envolvido é transporte de momento angular de spin em sólidos e o papel acoplamento spin-órbita em fenômenos de separação de spins.

Passo 2

Correntes de spin são transportes de momento angular de spin sem (ou com) transporte neto de carga. Na prática, podemos imaginar que elétrons com spin “para cima” se movem em uma direção enquanto elétrons com spin “para baixo” se movem em sentido oposto. Se essas correntes de partículas forem iguais em módulo, não há corrente de carga líquida, mas existe um fluxo líquido de spin. Essa corrente de spin é descrita por um tensor que combina a direção do fluxo e a direção do spin transportado.

Passo 3

Fisicamente, podemos gerar uma corrente de spin injetando spins polarizados de um material ferromagnético em um não-ferromagnético, ou usando gradientes de temperatura (spin Seebeck) ou ondas de magnetização (spin pumping). O ponto-chave é que estamos transportando momento angular associado ao spin dos elétrons, e não necessariamente sua carga.

Passo 4

O efeito Hall de spin surge quando aplicamos uma corrente de carga longitudinal em um material com forte acoplamento spin-órbita. Devido a interações spin-órbita (seja por espalhamento assimétrico em impurezas — skew scattering — ou por deslocamento lateral — side jump), elétrons com spin opostos sofrem deflexões laterais de sinais contrários. Isso gera uma corrente de spin na direção transversal ao fluxo de carga, acumulando spins de um tipo numa borda e do outro tipo na borda oposta. Esse acúmulo pode ser detectado, por exemplo, por contraste óptico ou por contatos ferromagnéticos.

Passo 5

Em resumo, o efeito Hall de spin converte uma corrente de carga em uma corrente de spin transversal sem aplicar campo magnético externo, tudo graças ao acoplamento spin-órbita que desvia spins diferentes em direções opostas.

Resposta

Correntes de spin são fluxos de momento angular de spin, que podem existir mesmo sem transporte líquido de carga, e são representadas pelo movimento diferencial entre elétrons de spin “para cima” e “para baixo”. O efeito Hall de spin é um fenômeno em que uma corrente de carga em um material com forte acoplamento spin-órbita induz uma separação lateral de spins: elétrons com spin oposto são defletidos em direções contrárias, gerando uma corrente de spin transversal e um acúmulo de spins nas bordas do dispositivo.

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