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- The Rashba–Edelstein effect (REE) is a spintronics-related effect, consisting in the conversion of a bidimensional charge current into a spin accumulation. This effect is an intrinsic charge-to-spin conversion mechanism and it was predicted in 1990 by the scientist V.M. Edelstein. It has been demonstrated in 2013 and confirmed by several experimental evidences in the following years. Its origin can be ascribed to the presence of spin-polarized surface or interface states. Indeed, a structural inversion symmetry breaking (i.e., a structural inversion asymmetry (SIA)) causes the Rashba effect to occur: this effect breaks the spin degeneracy of the energy bands and it causes the spin polarization being locked to the momentum in each branch of the dispersion relation. If a charge current flows in these spin-polarized surface states, it generates a spin accumulation. In the case of a bidimensional Rashba gas, where this band splitting occurs, this effect is called Rashba–Edelstein effect. For what concerns a class of peculiar materials, called topological insulators (TI), spin-splitted surface states exist due to the surface topology, independently from the Rashba effect. Topological insulators, indeed, display a spin-splitted linear dispersion relation on their surfaces (i.e., spin-polarized Dirac cones), while having a band gap in the bulk (this is why these materials are called insulators). Also in this case, spin and momentum are locked and, when a charge current flows in these spin-polarized surface states, a spin accumulation is produced and this effect is called Edelstein effect. In both cases, a 2D charge-to-spin conversion mechanism occurs. The reverse process is called inverse Rashba–Edelstein effect and it converts a spin accumulation into a bidimensional charge current, resulting in a 2D spin-to-charge conversion. The Rashba–Edelstein effect and its inverse effect are classified as a spin-charge interconversion (SCI) mechanisms, as the direct and inverse spin Hall effect, and materials displaying these effects are promising candidate for becoming spin injectors, detectors and for other future technological applications. The Rashba–Edelstein effect is a surface effect, at variance with the spin Hall effect which is a bulk effect. Another difference among the two, is that the Rashba–Edelstein effect is a purely intrinsic mechanism, while the spin Hall effect origin can be either intrinsic or extrinsic. (en)
- L'effetto Rashba-Edelstein (REE) è un effetto legato alla spintronica (branca della Fisica dello stato solido) che consiste nella conversione di una corrente di carica bidimensionale in un accumulo di spin. Questo effetto è un meccanismo intrinseco di conversione spin-carica che era stato previsto nel 1990 dallo scienziato V.M. Edelstein. La prima dimostrazione sperimentale di questo effetto risale al 2013 ed è poi stato confermato da numerose evidenze sperimentali negli anni seguenti. La sua origine va attribuita alla presenza di stati di superficie o interfaccia spin-polarizzati. Questi stati sono presenti, ad esempio, quando una rottura della simmetria di inversione strutturale (cioè, un'asimmetria di inversione strutturale (SIA)) produce l'effetto Rashba: questo effetto, infatti, rompe la degenerazione di spin delle bande energetiche e rende la polarizzazione di spin fissata al momento (spin-momentum locking) in ciascun ramo della relazione di dispersione. Quindi, se una corrente di carica scorre in questi stati di superficie spin-polarizzati, questa produce un accumulo di spin. Nel caso di un gas di Rashba bidimensionale, in cui si verifica questa separazione delle bande, questo effetto è chiamato effetto Rashba-Edelstein. Per quanto riguarda una classe di materiali particolari, chiamati isolanti topologici (TI), gli stati di superficie spin polarizzati esistono a causa della particolare topologia superficiale e sono indipendenti dall'effetto Rashba. Gli isolanti topologici, infatti, mostrano una relazione di dispersione lineare spin-polarizzata sulle loro superfici (cioè, in superficie, mostrano dei coni di Dirac spin-polarizzati), pur avendo le bande separate nel bulk del materiale (questo è il motivo per cui questi materiali sono chiamati isolanti). Anche in questo caso, spin e momento sono reciprocamente fissati tra loro e, quando una corrente di carica scorre in questi stati di superficie spin-polarizzati, viene prodotto un accumulo di spin: questo effetto è chiamato effetto Edelstein. In entrambi i casi, sia nell'effetto Rashba-Edelstein sia nell'effetto Edelstein, si verifica un meccanismo bidimensionale di conversione carica-spin (2D charge-to-spin conversion). Il processo inverso si chiama effetto (Rashba-)Edelstein inverso e consiste nella conversione di un accumulo di spin in una corrente di carica bidimensionale, producendo una conversione bidimensionale spin-carica (2D spin-to-charge conversion). L'effetto (Rashba-)Edelstein e il suo effetto inverso sono classificati come meccanismi di interconversione spin-carica (SCI), come l'effetto spin Hall diretto e inverso, e i materiali che mostrano questi effetti sono candidati promettenti per diventare iniettori di spin, rivelatori di spin e per essere utilizzati in altre applicazioni tecnologiche. L'effetto (Rashba-)Edelstein è un effetto di superficie, a differenza dell'effetto spin Hall che è un effetto di bulk. Un'altra differenza tra i due è che l'effetto (Rashba-)Edelstein è un meccanismo puramente intrinseco, mentre l'origine dell'effetto Spin Hall può essere intrinseca o estrinseca. (it)
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