Rashba-Effekt

Als Rashba-Effekt (benannt nach Emmanuil Iossifowitsch Raschba) bezeichnet man eine bestimmte Kopplung des Elektronenspins an die orbitale Bewegung des Elektrons. Es handelt sich um einen wesentlichen Effekt der Spin-Bahn-Kopplung, deren Beitrag zur Elektronenenergie bekanntlich proportional ist zum Kreuzprodukt aus dem elektrischen Feld ${\displaystyle E}$ am Ort des Elektrons und dessen Impuls ${\displaystyle p}$, skalar multipliziert mit dem Spin ${\displaystyle \sigma }$, ${\displaystyle \Delta E\approx [E\times p]\cdot \sigma }$. Dabei ist es entscheidend, dass eine Inversions-Asymmetrie der Struktur des Systems vorliegt, genauer: dass das Potential, welches das Elektronen-Gas auf zwei Dimensionen einschließt (2DEG), asymmetrisch ist. Dies wurde bisher in Spin-Feldeffekttransistoren (Spin-FETs) bei tiefen Temperaturen in gewissen hochreinen Halbleiterheterostrukturen wie z. B. In_0.53Ga_0.47As / In_0.52Al_0.48As realisiert: die (extrinsische!) Beeinflussung des Spins erfolgt hier durch eine Spannung, die durch eine Gate-Elektrode gesteuert werden kann. Das elektrische Feld steht dabei senkrecht auf der Bewegungsrichtung des Elektrons, d. h. senkrecht zur betrachteten Oberfläche oder Grenzfläche, und bewirkt – klassisch betrachtet – eine Präzessionsbewegung, die die Spinausrichtung verändert. Korrekt wird die Spin-Bahn-Kopplung mittels der Dirac-Gleichung durch einen speziellen Entwicklungsterm beschrieben.

Der Rashba-Term wird oft mit dem sog. Dresselhaus-Effekt verglichen, ebenfalls einem Symmetrie-Effekt, der aber völlig intrinsisch ist und sich vom Rashba-Effekt in wesentlichen Einzelheiten unterscheidet (z. B. in der erwähnten Asymmetrie).