Spinprocessen

Spinprocessen avser mekanismer där spinnet, det inre vinkelmomentet hos partikler som elektroner och kärnor, påverkar dynamiken i fysiska system. Begreppet används inom kvantmekanik, magnetism, materialvetenskap och spintronik för att beskriva hur spinnet polariseras, förflyttas och förloras.

I kvantteori behandlas spinn som ett två-nivåsystem beskrivet av Pauli-matriserna och en Hamiltonian som inkluderar Zeeman-interaktion med yttre magnetfält och spin-orbit-koppling. Spinnens riktning kan precessas runt fältet med Larmorfrekvens och evolutionen följer Bloch- eller Liouville-liknande ekvationer. Relaxation och dekoherens bestämmer hur snabbt information om spinnet går förlorad, ofta uttryckt som tidskonstanterna T1 och T2.

Viktiga mekanismer för spinnrelaxation i fasta ämnen är Elliott–Yafet, D'yakonov–Perel och Bir–Aronov–Pikus, vilka kopplar spinn till olika relaxationskanaler beroende på material och temperatur. I material beskrivs ofta en spin-diffusionslängd som anger hur långt en spinpolarisation sprids före förlust.

Spintransport studeras i halvledare, metaller och topologiska insulatorer. Spinflöde kan vara diffusionsstyrt eller ballistiskt, och begrepp som spinaccumulation och spindiffusion används. Spinvalv och magnetiska tunneljunctioner används för att manipulera och mäta spinpolarisation.

Experimentella metoder inkluderar elektronspinresonans (ESR/EPR) och kärnmagnetisk resonans (NMR), samt tekniker som Kerr-rotation och SP-STM för att observera spinnfenomen på ytan. Modeller och beräkningar används för att förstå spinens dynamik i olika material.

Användningsområden omfattar kvantinformation och kvantbitar baserade på spinn samt spintronik där spinnlagring och -bearbetning kan förbättra energieffektivitet och prestanda i elektroniska enheter.