The physical origin of the so-called chirality-induced spin selectivity (CISS) effect has puzzled experimental and theoretical researchers over the past few years. Early experiments were interpreted in terms of unconventional spin–orbit interactions mediated by the helical geometry. However, more recent experimental studies have clearly revealed that electronic exchange interactions also play a key role in the magnetic response of chiral molecules in singlet states. In this investigation, we use spin-polarized closed-shell density functional theory calculations to address the influence of exchange contributions to the interaction between helical molecules as well as of helical molecules with magnetized substrates. We show that exchange effects result in differences in the interaction properties with magnetized surfaces, shedding light into the possible origin of two recent important experimental results: enantiomer separation and magnetic exchange force microscopy with AFM tips functionalized with helical peptides.

[pt] Esta tese investiga as propriedades eletrônicas de sistemas nanoscópicos com interações de muitos corpos, dando origem ao efeito Kondo. Primeiramente estudamos a transição SU(4)-SU(2) devido a um campo magnético externo e as propriedades de filtro de spin de um nanossistema de dois pontos quânticos capacitivamente acoplados. A transição é caracterizada pela diferença entre as polarizações de spin da ocupação eletrônica nos dois pontos quânticos, como uma função do potencial de porta aplicado sobre os pontos quânticos. Apesar do fato de que o campo magnético externo quebra a simetria SU(4) do Hamiltoniano, o estado fundamental a preserva, como uma propriedade emergente, na região do espaço de parâmetros onde os elétrons não estão polarizados. As propriedades de filtro de spin devido à população eletrônica spin polarizada nos pontos quânticos também é discutida. Estas propriedades são estudadas usando o formalismo dos operadores de projeção, que descreve de forma muito acurada a física associada ao estado fundamental dos sistemas Kondo. No capítulo subsequente, analisamos os efeitos da interação spin-órbita num ponto quântico conectado a contatos, representados pelo modelo da impureza de Anderson no efeito Kondo. Contrariamente ao resultado prévio de vários outros autores, nós mostramos que a interação spin-órbita reduz exponencialmente a temperatura Kondo enquanto a ação da interação no próprio ponto quântico pode ser um mecanismo de destruição do regime Kondo, conforme quebra a simetria SU(2). Usando o modelo de Anderson com acoplamento spin-órbita nós propomos um transistor de spin feito de um ponto quântico conectado a uma nanofaixa submetida à interação spin-órbita Rashba, depositada sobre um substrato ferromagnético. O ponto quântico também é conectado a dois contatos metálicos laterais, através do qual a corrente flui ao longo do sistema. A interação spin-órbita Rashba cria um mecanismo de inversão do spin no ponto quântico. Nós mostramos que o sistema é capaz de operar como um transistor de spin. / [en] This thesis investigates the electronic properties of nanoscopic systems under the presence of many body interactions, given rise to the Kondo effect. Firstly we studied the SU(4)-SU(2) crossover driven by an external magnetic field and the spin-filter properties of a capacitively coupled double quantum dot nanosystem. The crossover is characterized by the difference between the spin polarization of the electronic occupation at the double quantum dot, as a function of the gate potential applied to the quantum dots. Despite the fact that the external magnetic field breaks the SU(4) symmetry of the Hamiltonian, the ground state preserves it, as an emergent property, in a region in the parameter space where the electron are not polarized. The spinfilter properties due the spin polarized electronic population at the dots is also discussed. These properties are studied using the projector projection operator approach, which describes very accurately the physics associated to the ground state of Kondo systems. In a subsequent chapter, we analyze the effect of the spin-orbit interaction in a quantum dot connected to leads, represented by the Anderson impurity model on the Kondo effect. Contrary to several other authors previous results, we show that the Rashba spin-orbit interaction exponentially reduces the Kondo temperature while the action of the interaction on the quantum dot itself could be a mechanism of destroying the Kondo regime, as it breaks SU(2) symmetry. Using the Anderson model with spin-orbit coupling we propose a spin transistor device made of a quantum dot connected to a Rashba spinorbit interacting nanoribbon, deposited on a ferromagnetic substrate. The quantum dot is also connected to two lateral metallic contacts, through which the current flows along the system. The Rashba spin-orbit interaction creates a spin-flip mechanism at the quantum dot. We show that the system is capable of operating as a spin-transistor.

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