Spin-orbit driven transport : Edelstein effect and chiral anomaly

Abstract

Mithilfe der semiklassischen Boltzmann-Transporttheorie werden der Edelstein-Effekt und die chirale Anomalie untersucht, die durch Spin-Bahn-Kopplung zustande kommen. Der Edelstein-Effekt, die Erzeugung einer Spindichte durch ein externes elektrisches Feld in Systemen mit Inversionsasymmetrie, wird für Rashba- und Dresselhaus-Systeme und topologische Isolatoren betrachtet. Anisotropien beeinflussen Richtung und Betrag der erzeugten Spindichte. In Rashba-Systemen ohne Zeitumkehrsymmetrie wird ein intrinsischer Edelstein-Effekt berechnet. Für Weyl-Semimetalle wird ein großer Edelstein-Effekt vorausgesagt. Die chirale Anomalie, die Nichterhaltung chiraler Ladung durch externe magnetische und elektrische Felder, tritt inWeyl-Semimetallen auf und geht mit einem negativen longitudinalen Magnetwiderstand einher. Der Einfluss von Lorentzkraft und chiraler Anomalie auf die Transporteigenschaften von Weyl-Systemen wird unter Berücksichtigung energie-und impulsabhängiger Streuprozesse untersucht.

The spin-orbit driven transport phenomena Edelstein effect and chiral anomaly are considered within semiclassical Boltzmann transport theory. The Edelstein effect, the generation of a homogeneous spin density by an electric field in systems with broken inversion symmetry, is discussed for Rashba and Dresselhaus systems and topological insulators. Anisotropies modify the orientation of the current-induced spin density as well as its magnitude. For Rashba systems without time-reversal symmetry an intrinsic Edelstein effect is discussed. Weyl semimetals are predicted to provide an enormous Edelstein efficiency. The chiral anomaly, the nonconservation of chiral charge due to external nonorthogonal magnetic and electric fields, can be realized in Weyl semimetals and leads to a negative longitudinal magnetoresistance. Transport phenomena in the presence of the Lorentz force as well as the chiral anomaly are discussed for anisotropic Weyl systems including energy- and momentum-dependent scattering.