spinorbitkobling

Spinorbitkobling er en relativistisk interaktion i kvantefysikk som beskriver, hvordan elektronens spin påvirkes af dets bevægelse i et elektrisk felt omkring kernen eller i et krystal. I atomer opstår effekten, fordi elektronet i sin hvile ramme oplever et magnetfelt som følge af dets bane i Coulombfeltet, hvilket giver en energiinteraktion mellem orbitalvinkelmomentumet L og spinet S (L · S). En almindeligt anvendt form af Hamiltonianen er H_SO = (1/(2 m^2 c^2)) (1/r) (dV/dr) L · S. Spinorbitkoblingen bidrager til finstruktur i atomernes energi og påvirker magnetiske og optiske egenskaber.

I faste stoffer fører spinorbitkoblingen til kobling mellem elektronens bane og spin i elektronbåndene, hvilket ofte splitting af degenererede bånd afhænger af bølgetallet k og krystalstrukturen. Effekten er stærkere i materialer, der indeholder tunge atomer. To centrale typer i halvledere og lavdimensionelle systemer er Rashba-effekten, som opstår ved strukturel inversionssymmetri og ofte kan justeres med et elektrisk felt, og Dresselhaus-effekten, som opstår i krystaller med bulkinversionssymmetri. I topologiske insulatorer spiller spinorbitkoblingen en afgørende rolle ved at åbne et bulkbandgab og ved at generere topologiske overflade- eller kanttilstande.

Betydning: Spinorbitkobling er central i spintronik, magnetisk anisotropi og kvantegeometri. Den gør det muligt at kontrollere spins og elektroners transport i nanostrukturer og er vigtig i materialevidenskab og kvanteteknologi. Styrken øges typisk med atomnummeret og kan tilpasses i nanostrukturer.