Bombas de espín clásicas y cuánticas / Classical and quantum spin pumps

Abstract

Se estudia la posibilidad de obtener transporte dirigido a nivel cuántico y clásico en un sistema dispersivo con un grado de libertad interno. El modelo consiste de una partícula con dipolo magnético en presencia de un campo magnético no homogéneo. Para el caso clásico, se demuestra que éste sistema es un dispersor caótico capaz de producir transporte de partículas y/o de momento angular sí y solo sí, se rompen las simetrías espacio-temporales del sistema simultáneamente. Además, se encuentra que para ciertas condiciones iniciales es posible generar corrientes puras de momento angular, como un análogo clásico de las corrientes puras de espín. Para el caso cuántico, se demuestra que el mecanismo básico responsable de la separación de los espines en el sistema clásico, tiene lugar también en el sistema cuantizado y que es éste fenómeno el responsable de la generación de corrientes polarizadas de espín en el sistema cuántico. Ilustramos y confirmamos nuestra teoría con datos numéricos obtenidos por dispersión de paquetes de onda, junto con soluciones numéricas a la ecuación de Schrodinger con término fuente. Finalmente, se computan las corrientes de espín y de partículas y se comparan por medio del cálculo de coeficientes de transmisión en la forma usual y por medio de la teoría de canales de Floquet. / Abstract. Directed transport in classical and quantum pumps is studied in a specific model, a magnetic dipole moving in a periodically modulated magnetic field confined to a compact region in space. For the classical case, we show that this system is an irregular scatterer in large parts of its parameter space. If all spatio-temporal symmetries are broken, directed transport of mass as well as angular momentum occurs. The sensitive parameter dependence of the corresponding currents includes frequent sign reversals. Zeros of either current quantity correspond to the exclusive occurrence of the other and thus give rise in particular to angularmomentum separation without mass transport as a classical analogue of spinpolarized currents. For the quantum case, we show that the basic mechanism responsible for the separation of spins in the classical case carries over to the quantum level, giving rise to a spin pump capable of generating polarized spin currents. We illustrate and confirm our theory with numerical data obtained from wave packet scattering as well as from a numerical solution of the Schrodinger equation with source term, and show how the scattering parameters for individual Floquet channels are extracted from the raw data.