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Cosimo Gorini

• Spintronics is a new field of study whose broad aim is the manipulation of the spin degrees of freedom in solid state systems. One of its main goals is the realization of devices capable of exploiting, besides the charge, the carriers' - and possibly the nuclei's - spin. The presence of spin-orbit coupling in a system enables the spin and charge degrees of freedom to "communicate", a favorable situation if one is to realize such devices. More importantly, it offers the opportunity of doing so by relying solely on electric fields, whereas magnetic fields are otherwise required. Eminent examples of versatile systems with built-in and variously tunable spin-orbit interaction are two-dimensional electron - or hole - gases. The study of spin-charge coupled dynamics in such a context faces a large number of open questions, both of the fundamental and of the more practical type. To tackle the problem we rely on the quasiclassical formalism. This is an approximate quantum-field theoreticalSpintronics is a new field of study whose broad aim is the manipulation of the spin degrees of freedom in solid state systems. One of its main goals is the realization of devices capable of exploiting, besides the charge, the carriers' - and possibly the nuclei's - spin. The presence of spin-orbit coupling in a system enables the spin and charge degrees of freedom to "communicate", a favorable situation if one is to realize such devices. More importantly, it offers the opportunity of doing so by relying solely on electric fields, whereas magnetic fields are otherwise required. Eminent examples of versatile systems with built-in and variously tunable spin-orbit interaction are two-dimensional electron - or hole - gases. The study of spin-charge coupled dynamics in such a context faces a large number of open questions, both of the fundamental and of the more practical type. To tackle the problem we rely on the quasiclassical formalism. This is an approximate quantum-field theoretical formulation with a solid microscopic foundation, perfectly suited for describing phenomena at the mesoscopic scale, and bearing a resemblance to standard Boltzmann theory which makes for physical transparency. Originally born to deal with transport in electron-phonon systems, we first generalize it to the case in which spin-orbit coupling is present, and then move on to apply it to specific situations and phenomena. Among these, to the description of the spin Hall effect and of voltage induced spin polarizations in two-dimensional electron gases under a variety of conditions - stationary or time-dependent, in the presence of magnetic and non-magnetic disorder, in the bulk or in confined geometries - , and to the problem of spin relaxation in narrow wires.…
• Spintronik ist ein neues Arbeitsgebiet, welches sich mit der Manipulation der Spin-Freiheitsgrade in Festkörpersystemen beschäftigt. Eines der Ziele ist die Erschaffung von Bauteilen, die nicht nur die Ladung, sondern auch den Spin der Ladungsträger - und möglicherweise der Kerne - ausnutzen. Eine gute Voraussetzung für solche Bauteile ist die "Kommunikation" zwischen Ladung und Spin, die von der Spin-Bahn Kopplung ermöglicht wird. Diese Kopplung bietet die Möglichkeit, Bauteile zu erschaffen, die den Spin rein elektrisch - d.h. ohne Magnetfelder - manipulieren. Wichtige Systeme, in denen modulierbare Spin-Bahn Kopplung auftaucht, sind zweidimensionale Elektronengase. Die Beschreibung der gekoppelten Spin- und Ladungsdynamik ist aber mit vielen offenen Fragen konfrontiert. Wir untersuchen das Problem im Rahmen des quasiklassischen Formalismus. Dieser hat einen soliden mikroskopischen Hintergrund, er kann perfekt mit der mesoskopischen Skala umgehen, und er zeigt eine Ähnlichkeit mitSpintronik ist ein neues Arbeitsgebiet, welches sich mit der Manipulation der Spin-Freiheitsgrade in Festkörpersystemen beschäftigt. Eines der Ziele ist die Erschaffung von Bauteilen, die nicht nur die Ladung, sondern auch den Spin der Ladungsträger - und möglicherweise der Kerne - ausnutzen. Eine gute Voraussetzung für solche Bauteile ist die "Kommunikation" zwischen Ladung und Spin, die von der Spin-Bahn Kopplung ermöglicht wird. Diese Kopplung bietet die Möglichkeit, Bauteile zu erschaffen, die den Spin rein elektrisch - d.h. ohne Magnetfelder - manipulieren. Wichtige Systeme, in denen modulierbare Spin-Bahn Kopplung auftaucht, sind zweidimensionale Elektronengase. Die Beschreibung der gekoppelten Spin- und Ladungsdynamik ist aber mit vielen offenen Fragen konfrontiert. Wir untersuchen das Problem im Rahmen des quasiklassischen Formalismus. Dieser hat einen soliden mikroskopischen Hintergrund, er kann perfekt mit der mesoskopischen Skala umgehen, und er zeigt eine Ähnlichkeit mit der Boltzmanntheorie, die das physikalische Verständnis vereinfacht. Ursprünglich wurde die Theorie entwickelt, um Transportprobleme mit Elektron-Phonon-Kopplung zu lösen. Wir haben sie zuerst auf Systeme mit Spin-Bahn Kopplung verallgemeinert, und zweitens benutzt, um spezifische Phänomene zu beschreiben. Darunter sind der Spin-Hall Effekt und die spannunginduzierte Spinpolarisierungen in zweidimensionalen Systemen unter verschiedenen Bedingungen - zeitabhängigen und zeitunabhängigen, in Anwesenheit magnetischer und nichtmagnetischer Unordnung, im Bulk und in begrenzten Geometrien - , und das Problem der Spinrelaxation in engen Drahten.…