Spin-helical Dirac states in graphene induced by polar-substrate surfaces with giant spin-orbit interaction: a new platform for spintronics

Spintronics, or spin electronics, is aimed at efficient control and manipulation of spin degrees of freedom in electron systems. To comply with demands of nowaday spintronics, the studies of electron systems hosting giant spin-orbit-split electron states have become one of the most important problems providing us with a basis for desirable spintronics devices. In construction of such devices, it is also tempting to involve graphene, which has attracted great attention because of its unique and remarkable electronic properties and was recognized as a viable replacement for silicon in electronics. In this case, a challenging goal is to lift spin degeneracy of graphene Dirac states. Here, we propose a novel pathway to achieve this goal by means of coupling of graphene and polar-substrate surface states with giant Rashba-type spin-splitting. We theoretically demonstrate it by constructing the graphene@BiTeCl system, which appears to possess spin-helical graphene Dirac states caused by the strong interaction of Dirac and Rashba electrons. We anticipate that our findings will stimulate rapid growth in theoretical and experimental investigations of graphene Dirac states with real spin-momentum locking, which can revolutionize the graphene spintronics and become a reliable base for prospective spintronics applications.

von Neumann spin measurements with Rashba fields

We show that dynamics in the spin-orbit coupling field simulate the von Neumann measurement of a particle spin. We demonstrate how the measurement influences the spin and coordinate evolution of a particle by comparing two examples of such a procedure. The first example is a simultaneous measurement of spin components, sigma(x) and sigma(y), corresponding to non-commuting operators, which cannot be accurately obtained together at a given time instant due to the Heisenberg uncertainty ratio. By mapping spin dynamics onto a spatial walk, such a procedure determines measurement-time averages of sigma(x) and sigma(y), which can already be precisely evaluated in a single short-time measurement. The other, qualitatively different, example is the spin of a one-dimensional particle in a magnetic field. Here, the measurement outcome depends on the angle between the spin-orbit coupling and magnetic fields. These results can be applied to studies of spin-orbit coupled cold atoms and electrons in solids.

Spin-related phenomena in magnetic and spin-orbit couppled bose-einstein condensates

129 p.

Defect and structural imperfection effects on the electronic properties of BiTeI surfaces

The surface electronic structure of the narrow-gap seminconductor BiTeI exhibits a large Rashba-splitting which strongly depends on the surface termination. Here we report on a detailed investigation of the surface morphology and electronic properties of cleaved BiTeI single crystals by scanning tunneling microscopy, photoelectron spectroscopy (ARPES, XPS), electron diffraction (SPA-LEED) and density functional theory calculations. Our measurements confirm a previously reported coexistence of Te- and I-terminated surface areas

A chemically inert Rashba split interface electronic structure of C-60, FeOEP and PTCDA on BiAg2/Ag(111) substrates

The fields of organic electronics and spintronics have the potential to revolutionize the electronics industry. Finding the right materials that can retain their electrical and spin properties when combined is a technological and fundamental challenge. We carry out the study of three archetypal organic molecules in intimate contact with the BiAg2 surface alloy. We show that the BiAg2 alloy is an especially suited substrate due to its inertness as support for molecular films, exhibiting an almost complete absence of substrate-molecular interactions. This is inferred from the persistence of a completely unaltered giant spin-orbit split surface state of the BiAg2 substrate, and from the absence of significant metallic screening of charged molecular levels in the organic layer. Spin-orbit split states in BiAg2 turn out to be far more robust to organic overlayers than previously thought.

Spin orbitronics in metals

158 p.

New generation of two-dimensional spintronic systems realized by coupling of Rashba and Dirac fermions

Intriguing phenomena and novel physics predicted for two-dimensional (2D) systems formed by electrons in Dirac or Rashba states motivate an active search for new materials or combinations of the already revealed ones. Being very promising ingredients in themselves, interplaying Dirac and Rashba systems can provide a base for next generation of spintronics devices, to a considerable extent, by mixing their striking properties or by improving technically significant characteristics of each other. Here, we demonstrate that in BiTeI@PbSb2Te4 composed of a BiTeI trilayer on top of the topological insulator (TI) PbSb2Te4 weakly- and strongly-coupled Dirac-Rashba hybrid systems are realized. The coupling strength depends on both interface hexagonal stacking and trilayer-stacking order. The weakly-coupled system can serve as a prototype to examine, e.g., plasmonic excitations, frictional drag, spin-polarized transport, and charge-spin separation effect in multilayer helical metals. In the strongly-coupled regime, within similar to 100 meV energy interval of the bulk TI projected bandgap a helical state substituting for the TI surface state appears. This new state is characterized by a larger momentum, similar velocity, and strong localization within BiTeI. We anticipate that our findings pave the way for designing a new type of spintronics devices based on Rashba-Dirac coupled systems.

Los programas de apoyo a la creación de spin-offs académicas en las universidades españolas: una comparación internacional

XXII,1021 p.

Tipología de las spin-offs en un contexto universitario: una propuesta de clasificación

[ES] En los últimos tiempos existe un énfasis creciente en la comercialización de la investigación universitaria a través de la creación de empresas (spin-offs). Ahora bien, los fenómenos que el concepto de spin-off universitaria trata de abarcar no son homogéneos. Por esta razón, parece conveniente dilucidar las múltiples realidades que abarca organizándolas mediante tipologías.

La gestión empresarial como factor clave de desarrollo de las spin-offs universitarias. Análisis organizativo y financiero

[ES] En las últimas décadas el número de spin-offs universitarias creadas en el Sistema Universitario Español ha aumentado considerablemente; sin embargo, estas empresas tienen que hacer frente a problemas como la falta de financiación o de capacidades empresariales por parte de los fundadores. A partir de los datos extraídos de una encuesta a 72 spin-offs creadas en España, tratamos de detectar y analizar cuáles son los problemas más habituales con los que se encuentran estas empresas, y proponemos posibles vías de solución.

La creación de spin-offs universitarias en la universidad española: marco legal

La creación, consolidación y proliferación de spin-offs universitarias requiere que se cumplan una serie de requisitos previos: inversión en I+D que contribuya a crear nuevas oportunidades tecnológicas; capital-riesgo para financiar las primeras etapas de desarrollo de una spin-off; una cultura favorable al emprendizaje en el entorno universitario; programas específicos de apoyo a la creación de spin-offs; un marco regulatorio-institucional que favorezca la I+D+i, la protección de la propiedad intelectual y la aproximación de los investigadores al mundo empresarial. En este artículo se analiza la reciente y previsible evolución del marco legal para la creación de spin-offs en la universidad española.

El contexto universitario español para la creación de spin-off académicas: la actividad de I+D+I en la universidad española

La creación, consolidación y proliferación de empresas de spin-offs académicas requiere que se cumplan una serie de requisitos previos:inversión en I+D que contribuya a crear nuevas oportunidades tecnológicas; capital-riesgo para financiar las primeras etapas de desarrollo de una spin-off; una cultura favorable al emprendizaje en el entorno universitario; programas específicos de apoyo a la creación de spin-offs; un marco regulatorio-institucional que favorezca la I+D, la protección de la propiedad intelectual y la aproximación de los investigadores al mundo empresarial. En este artículo se pretende analizar la actividad de I+D+I universitaria española. Se trata de resaltar las principales características diferenciadoras de la situación española con respecto a la Unión Europea, a algún país europeo significativo y a Estados Unidos, como país de referencia en la transferencia de tecnología a través de spin-off académicas.

First-principles study of the electronic structure and dynamical electronic excitations of strong spin-orbit metal Pb: bulk, surface and nanosized films

En la presente tesis se ha realizado el estudio de primeros principios (esto es, sinhacer uso de parámetros ajustables) de la estructura electrónica y la dinámica deexcitaciones electrónicas en plomo, tanto en volumen como en superficie y en formade películas de espesor nanométrico. Al presentar el plomo un número atómico alto(82), deben tenerse en cuenta los efectos relativistas. Con este fin, el doctorando haimplementado el acoplo espín-órbita en los códigos computacionales que hanrepresentado la principal herramienta de trabajo.En volumen, se han encontrado fuertes efectos relativistas asi como de lalocalización de los electrones, tanto en la respuesta dieléctrica (excitacioneselectrónicas colectivas) como en el tiempo de vida de electrones excitados. Lacomparación de nuestros resultados con medidas experimentales ha ayudado aprofundizar en dichos efectos.En el estudio de las películas a escala nanométrica se han hallado fuertes efectoscuánticos debido al confinamiento de los estados electrónicos. Dichos efectos semanifiestan tanto en el estado fundamental (en acuerdo con estudiosexperimentales), como en la respuesta dieléctrica a través de la aparición y dinámicade plasmones de diversas características. Los efectos relativistas, a pesar de no serimportantes en la estructura electrónica de las películas, son los responsables de ladesaparación del plasmón de baja energía en nuestros resultados.

Pumped double quantum dot with spin-orbit coupling

We study driven by an external electric field quantum orbital and spin dynamics of electron in a one-dimensional double quantum dot with spin-orbit coupling. Two types of external perturbation are considered: a periodic field at the Zeeman frequency and a single half-period pulse. Spin-orbit coupling leads to a nontrivial evolution in the spin and orbital channels and to a strongly spin-dependent probability density distribution. Both the interdot tunneling and the driven motion contribute into the spin evolution. These results can be important for the design of the spin manipulation schemes in semiconductor nanostructures.

Unconventional spin texture of a topologically nontrivial semimetal Sb(110)

9 p.