Ratchet phenomena in quantum dissipative systems with spin-orbit interactions

Abstract (English)

For the case of moderate-to-strong quantum dissipation it is demonstrated that under electric driving the spin ratchet mechanism is present if the periodic potential of an isolated superlattice with Rashba spin-orbit interaction (RSOI) is spatially asymmetric and that the charge ratchet mechanism is absent when the electrons in the superlattice populate only one Bloch band. An in-plane ...

Abstract (English)

For the case of moderate-to-strong quantum dissipation it is
demonstrated that under electric driving the spin ratchet mechanism is
present if the periodic potential of an isolated superlattice with
Rashba spin-orbit interaction (RSOI) is spatially asymmetric and that
the charge ratchet mechanism is absent when the electrons in the
superlattice populate only one Bloch band. An in-plane stationary
magnetic field is taken into account. It is proven that such a magnetic
field does not break the existence conditions of the spin ratchet
mechanism but it can significantly enhance or reduce the spin ratchet
current. Finally, a magnetic driving field is involved and it is shown
that the charge ratchet mechanism appears in this case just because of
the coexistence of quantum dissipation and Rashba spin flip processes in
the isolated system. A remarkable feature of this charge ratchet
mechanism is that it exists even when the periodic potential of the RSOI
superlattice is symmetric in space and the driving is symmetric in time.

Translation of the abstract (German)

Für den Bereich mittelstarker bis starker Quantendissipation wird gezeigt, dass bei elektrischem Antrieb ein Spin-Ratchet-Mechanismus existieren kann. Voraussetzung dafür ist, dass das periodische Potential eines isolierten Übergitters mit Rashba-Spin-Bahn-Wechselwirkung (RSBW) räumlich asymmetrisch ist. Falls die Elektronen im Übergitter nur eines der Bloch-Bänder besetzen, gibt es dabei ...

Translation of the abstract (German)

Für den Bereich mittelstarker bis starker Quantendissipation wird
gezeigt, dass bei elektrischem Antrieb ein Spin-Ratchet-Mechanismus
existieren kann. Voraussetzung dafür ist, dass das periodische Potential
eines isolierten Übergitters mit Rashba-Spin-Bahn-Wechselwirkung (RSBW)
räumlich asymmetrisch ist. Falls die Elektronen im Übergitter nur eines
der Bloch-Bänder besetzen, gibt es dabei keinen
Ladungs-Ratchet-Mechanismus. Wir berücksichtigen auch den Einfluss eines
statischen Magnetfeldes, das in der Ebene liegt. Es wird gezeigt, dass
ein solches Magnetfeld die Existenzbedingung für den
Spin-Ratchet-Mechanismus nicht stört, aber es kann den
Spin-Ratchet-Strom erheblich vergrößern oder verringern. Schließlich
erlauben wir den Antrieb durch ein magnetisches Feld und zeigen, dass in
diesem Fall ein Landungs-Ratchet-Mechanismus auftritt, aber nur aufgrund
der Koexistenz von Quantendissipation und Rashba-Spin-Flip-Prozessen im
isolierten System. Erstaunlicherweise tritt dieser
Landungs-Ratchet-Mechanismus auch auf, wenn das periodische Potential
des RSBW-Übergitters symmetrisch bezüglich des Ortes, und die
Antriebskraft symmetrisch bezüglich der Zeit ist.

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