Modeling of chiral induced spin selectivity effect under a magnetic field perturbation

Abstract

El efecto de selectividad de espín inducida por quiralidad (CISS por sus siglas en inglés) se refiere a la transmisión preferencial (o transporte) de electrones con una orientación de espín sobre la otra (filtrado de espín) a través de estructuras moleculares que tienen simetría quiral. El efecto CISS se ha considerado una promesa factible para el uso de materiales orgánicos para manipular los espines de electrones, para diseñar dispositivos espintrónicos mejorados y nuevos materiales cuánticos. Además, el efecto CISS se ha encontrado como un mecanismo central detrás de una serie de fenómenos biológicos importantes. Aunque se ha implementado un gran número de metodologías experimentales para examinar CISS, no existe un acuerdo general sobre una descripción teórica que permita comprender y controlar completamente el efecto. Para comprender el efecto CISS se han desarrollado diferentes enfoques teóricos. En este trabajo, se desarrolló un modelo analítico de tight-binding junto con una descripción teórica de primeros principios para la molécula heliceno. El modelo incorpora la contribución cinética y el efecto de las interacciones Stark, spin-órbita intrínseca y Zeeman. Se usó teoría de perturbación de primer orden junto con un procedimiento de decimación matricial, con el cual se derivó los términos correspondientes a spin-órbita, Rashba y Zeeman. Según el modelo del heliceno, la principal contribución al efecto CISS proviene del acoplamiento Rashba, mientras que los términos del efecto Zeeman son insignificantes para valores pequeños del campo magnético de la Tierra.