The spin-splitting energy in wurtzite structure semiconductors had been investigated by linear combination of atomic orbital method (LCAO), atomic bond orbital method and two-band k¡Ep method. In order to explain the large zero field spin splitting in wurtzite GaN, a different mechanism (£GC1¡V£GC3 coupling) was proposed, which originated from the intrinsic wurtzite effects (band folding and wurtzite bulk inversion asymmetry). The band-folding effect generates two conduction bands (£GC1 and £GC3), in which p-wave probability has tremendous change when kz approaches the anticrossing zone. The spin-splitting energy induced by the£GC1¡V£GC3 coupling and wurtzite bulk inversion asymmetry is much larger than theory calculation of Kane model. When we apply the coupling to GaN/AlN quantum wells, we find that the spin-splitting energy is sensitively controllable by an electric field. It is also found that ideal wurtzite bulk inversion asymmetry yields not only a spin-degenerate line (along the kz axis; time reversal axis) but also a minimum-spin-splitting surface, which can be regarded as a spin-degenerate surface in the form of bkz2- k//2=0 (b≈4) near the £F point. This phenomenon is referred to as the Dresselhaus effect (defined as the cubic-in-k term) in bulk wurtzite materials because it generates a term £^wz(bkz2- k//2)(£mxky-£mykx)=0 in the two-band k¡Ep Hamiltonian. And it is also demonstrated that in the k.p scheme, the spin splitting vanishes to cubic order in k. Consequently, the D¡¦yakonov-Perel¡¦ (DP) spin relaxation mechanism can be effectively suppressed for all spin components in [001] wurtzite quantum wells (QWs) at a resonance condition through device design with appropriate strain, gate voltage or optical illumination. In conclusion: (1) the spin-splitting energy is enhance by wurtzite bulk inversion asymmetry; (2) the spin-splitting energy in wurtzite quantum well is sensitively controllable by electric field; (3) there exist a spin degenerate surface for wurtzite materials in k¡Ep scheme. Therefore, wurtzite QWs (e.g., InGaN/AlGaN and InN/AlInN) are potential candidates for spintronic devices such as the resonant spin lifetime transistor.

A spintrônica oferece um paradigma de uma eletrônica baseada no spin do elétron, ao invés de sua carga, para manipular e transportar informação. Para que o conceito de um transistor de spin possa se traduzir em um dispositivo prático, é necessário que se conheça a influência causada pelo movimento dos elétrons polarizados na dinâmica de magnetização de spins em um canal de transporte. Neste sentido, foi estudado um gás de elétrons bidimensional confinado em um poço quântico de GaAs, dopado simetricamente com Si, em um sistema composto de duas sub-bandas. A injeção e detecção de polarização de spin na amostra foi realizada opticamente em uma configuração de bombeio-prova, através da técnica de microscopia de rotação de Kerr com resolução espacial e temporal. Induzindo deriva de spins pela aplicação de voltagens no plano da amostra, foram encontradas mobilidades de spin com valores próximos à mobilidade de carga e que podiam ser modificadas por voltagens aplicadas em um eletrodo de porta. Através de medidas dos campos spin-órbita gerados na amostra, foi possível a avaliação de sua relação com as velocidades de deriva, em comparação com o previsto por um modelo teórico. Dessas medidas puderam ser obtidos os coeficientes spin-órbita das interações de Rashba e Dresselhaus, em que ambos mostraram um comportamento de dependência com as velocidades de deriva não descrito pelo modelo utilizado, o que sugere que a magnitude das interações spin-órbita seja influenciada por essas velocidades. / Spintronics offers a paradigm of an electronics based on the electron spin, rather than its charge, for the manipulation and transport of information. In order that the concept of a spin transistor can be translated into a practical device, it is necessary to know the influence caused by the movement of spin-polarized electrons in the spin magnetization dynamics in a transport channel. In this sense, it was studied two-dimensional electron gases confined in a GaAs quantum well, symmetrically doped with Si, in a system composed of two subbands. Injection and detection of spin polarization in the sample was performed optically in a pump-probe configuration, using space and time resolved Kerr rotation microscopy technique. By the application of in-plane voltages inducing spin drift in the sample, spin mobilities were found with values close to the charge mobility and that could be modified by gate voltages. Through measures of the spin-orbit fields generated in the sample, it was possible to evaluate their relation with the drift velocities, in comparison with that predicted by a theoretical model. From these measures the spin-orbit coefficients of Rashba and Dresselhaus interactions could be obtained, in which both showed a dependence behavior with the drift velocities not described by the model used, suggesting that the magnitude of the spin-orbit interactions is influenced by these velocities.

A spintrônica se beneficia do uso do grau de liberdade quântico que o elétron possui, o spin, para criar novos dispositivos eletrônicos exibindo novas funcionalidades. Para isso, foi estudado um gás de elétrons bidimensional confinado em um poço quântico de GaAs, dopado simetricamente com Si, contendo um sistema composto de duas subbandas no regime de espalhamento inter-subbanda forte. Utilizando-se técnicas de magnetotransporte, foi possível obter a mobilidade dos portadores de carga \\mu = 2:2 10^6cm^2/Vs bem como a densidade total ns = 6:9 10^11/cm^2. A amostra foi caracterizada opticamente através da técnica de rotação de Kerr com resolução temporal e espacial utilizando-se um esquema de bombeio-prova. Após a polarização de spin ser criada opticamente, ao aplicar um campo elétrico no material é produzida deriva de spins. Através de um modelo de deriva que incorpora a interação de Rashba e de Dresselhaus, além dos coeficientes intersubbanda, a dependência do campo spin-órbita com a velocidade de deriva foi avaliada. Encontramos um valor para a interação de Rashba dado por \\alpha = 0:7 meV Å e a influência do termo cúbico de Dresselhaus \\beta_3 na deriva de spins, como consequência do aquecimento da amostra devido à aplicação de altas correntes elétricas, nos possibilitou correlacionar a interação de Dresselhaus com a velocidade de deriva, obtendo-se um comportamento linear. / Spintronics takes advantage of the quantum spin degree of freedom to create new electronic devices with new functionalities. Therefore, it was studied a two-dimensional electron gas confined in a GaAs quantum well, symmetrically doped with Si, producing a two-subband system in the strong intersubband scattering regime. The sample was characterized using magnetotransport techniques, where we obtained the electron mobility as \\mu = 2:2 10^6 cm^2/Vs and total charge densities as ns = 6:9 10^11/cm^2. The sample was optically characterized using time and space resolved Kerr rotation through a pump-probe scheme. Moreover, after optically creating a spin polarization, spin drift is produced by applying an electric field on the material. Using a drift model incorporating Rashba and Dresselhaus term and inter-subband spin-orbit couplings, the spin-orbit fields and drift velocity dependence were evaluated. We found a value for Rashba interaction given by \\alpha = 0:7 meV Å and the influence of cubic Dresselhaus term \\beta_3 in spin drift, as consequence of sample heating due to high electrical currents applied, allowing to correlate Dresselhaus interaction with drift velocity, obtaining a linear behaviour.

A spintrônica se beneficia do uso do grau de liberdade quântico que o elétron possui, o spin, para criar novos dispositivos eletrônicos exibindo novas funcionalidades. Para isso, foi estudado um gás de elétrons bidimensional confinado em um poço quântico de GaAs, dopado simetricamente com Si, contendo um sistema composto de duas subbandas no regime de espalhamento inter-subbanda forte. Utilizando-se técnicas de magnetotransporte, foi possível obter a mobilidade dos portadores de carga \\mu = 2:2 10^6cm^2/Vs bem como a densidade total ns = 6:9 10^11/cm^2. A amostra foi caracterizada opticamente através da técnica de rotação de Kerr com resolução temporal e espacial utilizando-se um esquema de bombeio-prova. Após a polarização de spin ser criada opticamente, ao aplicar um campo elétrico no material é produzida deriva de spins. Através de um modelo de deriva que incorpora a interação de Rashba e de Dresselhaus, além dos coeficientes intersubbanda, a dependência do campo spin-órbita com a velocidade de deriva foi avaliada. Encontramos um valor para a interação de Rashba dado por \\alpha = 0:7 meV Å e a influência do termo cúbico de Dresselhaus \\beta_3 na deriva de spins, como consequência do aquecimento da amostra devido à aplicação de altas correntes elétricas, nos possibilitou correlacionar a interação de Dresselhaus com a velocidade de deriva, obtendo-se um comportamento linear. / Spintronics takes advantage of the quantum spin degree of freedom to create new electronic devices with new functionalities. Therefore, it was studied a two-dimensional electron gas confined in a GaAs quantum well, symmetrically doped with Si, producing a two-subband system in the strong intersubband scattering regime. The sample was characterized using magnetotransport techniques, where we obtained the electron mobility as \\mu = 2:2 10^6 cm^2/Vs and total charge densities as ns = 6:9 10^11/cm^2. The sample was optically characterized using time and space resolved Kerr rotation through a pump-probe scheme. Moreover, after optically creating a spin polarization, spin drift is produced by applying an electric field on the material. Using a drift model incorporating Rashba and Dresselhaus term and inter-subband spin-orbit couplings, the spin-orbit fields and drift velocity dependence were evaluated. We found a value for Rashba interaction given by \\alpha = 0:7 meV Å and the influence of cubic Dresselhaus term \\beta_3 in spin drift, as consequence of sample heating due to high electrical currents applied, allowing to correlate Dresselhaus interaction with drift velocity, obtaining a linear behaviour.

The spin-splitting energies in strained bulk wurtzite aluminum nitride (AlN) are studied using the linear combination of atomic orbital method. It is found that strain and crystal field induce not only a linear-k (£\wz ) but also two cubic-k terms (£^¡¦and £f¡¦ ) in the two-band k¡Dp Hamiltonian Hso=(£\wz-£^¡¦k2//+£f¡¦k2z)(£mxky-£mykx)+H0so, where H0so=(-£^0k2//+£f0k2z)(£mxky-£mykx) is for ideal wurtzite and generates a cone-shaped minimum-spin-splitting (MSS) surface. As biaxial strain increases, the shape of the MSS surface changes from a hexagonal hyperboloid of two sheets in unstrained AlN to a hexagonal cone, and eventually becomes a hyperboloid of one sheet. The spin-splitting energies of first conduction band for A-plane and M-plane wurtzite are calculated by the sp3 linear combination of atomic orbital (LCAO). The results show the spin-splitting energies are dominated by linear-k term but contribution of cubic-k terms can not be neglected for larger k//. The parameter of linear-k and cubic-k terms are evaluated from the LCAO calculated spin-splitting energies fitting to two band k¡Ep model as increasing well width. The coefficients of linear-k and cubic-k terms decrease.

In the research field of spintronics, it is essential to have a deep understanding of the relaxation mechanisms of the spin degree of freedom. To this end, we study the spin relaxation in semiconductor nanostructures with spin-orbit interaction. First we analyze the spin decay and dephasing in graphene quantum dots within the framework of the Bloch-Redfield theory. We consider a gate-tunable circular graphene quantum dot where the intrinsic and Rashba spin-orbit interactions are operative. We derive an effective Hamiltonian via the Schrieffer-Wolff transformation describing the coupling of the electron spin to potential fluctuations generated by the lattice vibrations. The spin relaxation occurs with energy relaxation provided by the electron-phonon coupling and the spin-flip transition assisted by spin-orbit interactions. We predict a minimum of the spin relaxation time T1 as a function of the external magnetic field Bext caused by the Rashba spin-orbit coupling-induced anticrossing of opposite spin states. By constrast, the intrinsic spin-orbit interaction leads to monotonic behavior of T1 with Bext due to direct spin-phonon coupling. We also demonstrate that the spin decoherence time T2 = 2T1 in graphene is dominated by relaxation processes up to leading order in the spin-orbit interaction and the electron-phonon coupling mechanisms. Secondly, we develop a numerical model to account for the D´yakonov-Perel spin relaxation mechanism in multisubband quantum wires. We consider the elastic spin-conserving scattering events in the time-evolution operator and then evaluate the time-dependent expectation value of the spin operators. After averaging these results over an ensemble, we can extract the spin relaxation time as a function of Bext. We observe a non-monotonic behavior for the spin relaxation time with Bext aligned perpendicularly to the quantum wire. This effect is called ballistic spin resonance. In our model, the ballistic spin resonance occurs near the subband anticrossing induced by the subband-spin mixing spin-orbit interaction term. In systems with weak spin-orbit coupling strenghts, no spin resonance is observed when Bext is parallel to the channel. Nevertheless, we also predict the emergence of anomalous resonances plateaus in systems with strong spin-orbit couplings even when Bext is aligned with the quantum wire. Finally, we predict the emergence of a robust spin-density helical crossed pattern in two-dimensional electron gas with Rashba α and Dresselhaus β spin-orbit couplings. This pattern arises in a quantum well with two occupied subbands when the spin-orbit coupling strenghts are tuned to have equal absolute strengths but opposite signs, e.g., α1 = +β1 e α2 = −β2 for the first v = 1 and second v = 2 subbands. We named this novel pattern as crossed persistent spin helices. We analyze the spin-charge coupled diffusion equations in order to investigate the lifetime of the crossed persistent spin helices and the feasibility of probing the crossed persistent spin helix mode. We also study the inteband spin-orbit interaction effects on the crossed persistent spin helices, energy anticrossings and spin textures induced by the interband spin-orbit coupling / No campo de pesquisa denominado spintrônica é de fundamental importância o entendimento dos mecanismos de relaxação de spin. A fim de contribuir com esse objetivo, estudamos a relaxação de spin em nanoestruturas semicondutoras na presença da interação spin-órbita. Primeiramente, analisamos o decaimento e defasamento do spin eletrônico em pontos quânticos formados no grafeno usando a teoria de Bloch-Redfield. Consideramos um ponto quântico circular com as interações spin-órbita intrínseca e de Rashba. A relaxação de spin ocorre via relaxacação de energia pela interação elétron-fônon acompanhado do mecanismo de spin-flip auxiliado pela interação spin-órbita. Previmos a presença de um mínimo no tempo de relaxação de spin T1 em função do campo magnético externo Bext causado pelo acoplamento spin-órbita de Rashba que por sua vez leva a cruzamento evitado de níveis de energia com spins opostos. Em contraste, a interação spin-órbita intrínseca gera um comportamento monotônico de T1 com Bext devido ao acoplamento direto spin-fônon. Demonstramos também que o tempo de decoerência de spin T2 = 2T1 é dominado por contribuições dos mecanismos de relaxação em primeira ordem na interação spin-órbita e na interação elétron-fônon. Desenvolvemos também um modelo numérico que leva em conta o mecanismo de relaxação de spin de D´yakonov-Perel em fios quânticos com múltiplas subbandas. Consideramos espalhamentos elásticos, que conservam a orientação do spin, no operador evolução temporal. Em seguida, calculamos o valor esperado dos operadores de spin dependentes do tempo para um ensemble de elétrons. Por fim, extraímos o tempo de relaxação de spin em função do campo magnético externo Bext. Observamos um comportamento não-monotônico da relaxação de spin para um campo Bext alinhado perpendicularmente ao fio quântico. Em sistemas com acoplamento spin-órbita fracos, nenhuma ressonância de spin é encontrada quando Bext está alinhado paralelamento ao fio quântico. No entanto, previmos o aparecimento de ressonâncias de spin anômalas em sistemas com forte acoplamento spin-órbita mesmo quando Bext está alinhado ao canal balístico. Por fim, estudamos a formação de uma densidade de spin helicoidal cruzada e robusta contra espalhamento por impurezas em um gás bi-dimensional de elétrons na presença das interações spin-órbita de Rashba α and Dresselhaus β. Generalizamos o efeito previsto para um poço quântico com uma subbanda para duas subbandas ocupadas quando as interações spin-órbita assumem o mesmo valor em intensidade mas sinais opostos, e.g., α1 = +β1 e α2 = −β2 para a primeira v = 1 e segunda v = 2 subbandas. Denominamos esse novo padrão de helicóides de spin persistentes e cruzadas. Analisamos as equações de difusão com carga e spin acoplados com o intuito de investigarmos o tempo de vida das densidades de spin helicoidais cruzadas e a possibilidade de medi-las com os experimentos atuais. Estudamos também o efeito da interação spin-órbita interbanda na relaxação dos modos helicoidais de spin, espectro de energia com cruzamentos evitados e texturas de spin

In the research field of spintronics, it is essential to have a deep understanding of the relaxation mechanisms of the spin degree of freedom. To this end, we study the spin relaxation in semiconductor nanostructures with spin-orbit interaction. First we analyze the spin decay and dephasing in graphene quantum dots within the framework of the Bloch-Redfield theory. We consider a gate-tunable circular graphene quantum dot where the intrinsic and Rashba spin-orbit interactions are operative. We derive an effective Hamiltonian via the Schrieffer-Wolff transformation describing the coupling of the electron spin to potential fluctuations generated by the lattice vibrations. The spin relaxation occurs with energy relaxation provided by the electron-phonon coupling and the spin-flip transition assisted by spin-orbit interactions. We predict a minimum of the spin relaxation time T1 as a function of the external magnetic field Bext caused by the Rashba spin-orbit coupling-induced anticrossing of opposite spin states. By constrast, the intrinsic spin-orbit interaction leads to monotonic behavior of T1 with Bext due to direct spin-phonon coupling. We also demonstrate that the spin decoherence time T2 = 2T1 in graphene is dominated by relaxation processes up to leading order in the spin-orbit interaction and the electron-phonon coupling mechanisms. Secondly, we develop a numerical model to account for the D´yakonov-Perel spin relaxation mechanism in multisubband quantum wires. We consider the elastic spin-conserving scattering events in the time-evolution operator and then evaluate the time-dependent expectation value of the spin operators. After averaging these results over an ensemble, we can extract the spin relaxation time as a function of Bext. We observe a non-monotonic behavior for the spin relaxation time with Bext aligned perpendicularly to the quantum wire. This effect is called ballistic spin resonance. In our model, the ballistic spin resonance occurs near the subband anticrossing induced by the subband-spin mixing spin-orbit interaction term. In systems with weak spin-orbit coupling strenghts, no spin resonance is observed when Bext is parallel to the channel. Nevertheless, we also predict the emergence of anomalous resonances plateaus in systems with strong spin-orbit couplings even when Bext is aligned with the quantum wire. Finally, we predict the emergence of a robust spin-density helical crossed pattern in two-dimensional electron gas with Rashba α and Dresselhaus β spin-orbit couplings. This pattern arises in a quantum well with two occupied subbands when the spin-orbit coupling strenghts are tuned to have equal absolute strengths but opposite signs, e.g., α1 = +β1 e α2 = −β2 for the first v = 1 and second v = 2 subbands. We named this novel pattern as crossed persistent spin helices. We analyze the spin-charge coupled diffusion equations in order to investigate the lifetime of the crossed persistent spin helices and the feasibility of probing the crossed persistent spin helix mode. We also study the inteband spin-orbit interaction effects on the crossed persistent spin helices, energy anticrossings and spin textures induced by the interband spin-orbit coupling / No campo de pesquisa denominado spintrônica é de fundamental importância o entendimento dos mecanismos de relaxação de spin. A fim de contribuir com esse objetivo, estudamos a relaxação de spin em nanoestruturas semicondutoras na presença da interação spin-órbita. Primeiramente, analisamos o decaimento e defasamento do spin eletrônico em pontos quânticos formados no grafeno usando a teoria de Bloch-Redfield. Consideramos um ponto quântico circular com as interações spin-órbita intrínseca e de Rashba. A relaxação de spin ocorre via relaxacação de energia pela interação elétron-fônon acompanhado do mecanismo de spin-flip auxiliado pela interação spin-órbita. Previmos a presença de um mínimo no tempo de relaxação de spin T1 em função do campo magnético externo Bext causado pelo acoplamento spin-órbita de Rashba que por sua vez leva a cruzamento evitado de níveis de energia com spins opostos. Em contraste, a interação spin-órbita intrínseca gera um comportamento monotônico de T1 com Bext devido ao acoplamento direto spin-fônon. Demonstramos também que o tempo de decoerência de spin T2 = 2T1 é dominado por contribuições dos mecanismos de relaxação em primeira ordem na interação spin-órbita e na interação elétron-fônon. Desenvolvemos também um modelo numérico que leva em conta o mecanismo de relaxação de spin de D´yakonov-Perel em fios quânticos com múltiplas subbandas. Consideramos espalhamentos elásticos, que conservam a orientação do spin, no operador evolução temporal. Em seguida, calculamos o valor esperado dos operadores de spin dependentes do tempo para um ensemble de elétrons. Por fim, extraímos o tempo de relaxação de spin em função do campo magnético externo Bext. Observamos um comportamento não-monotônico da relaxação de spin para um campo Bext alinhado perpendicularmente ao fio quântico. Em sistemas com acoplamento spin-órbita fracos, nenhuma ressonância de spin é encontrada quando Bext está alinhado paralelamento ao fio quântico. No entanto, previmos o aparecimento de ressonâncias de spin anômalas em sistemas com forte acoplamento spin-órbita mesmo quando Bext está alinhado ao canal balístico. Por fim, estudamos a formação de uma densidade de spin helicoidal cruzada e robusta contra espalhamento por impurezas em um gás bi-dimensional de elétrons na presença das interações spin-órbita de Rashba α and Dresselhaus β. Generalizamos o efeito previsto para um poço quântico com uma subbanda para duas subbandas ocupadas quando as interações spin-órbita assumem o mesmo valor em intensidade mas sinais opostos, e.g., α1 = +β1 e α2 = −β2 para a primeira v = 1 e segunda v = 2 subbandas. Denominamos esse novo padrão de helicóides de spin persistentes e cruzadas. Analisamos as equações de difusão com carga e spin acoplados com o intuito de investigarmos o tempo de vida das densidades de spin helicoidais cruzadas e a possibilidade de medi-las com os experimentos atuais. Estudamos também o efeito da interação spin-órbita interbanda na relaxação dos modos helicoidais de spin, espectro de energia com cruzamentos evitados e texturas de spin

Une formulation de jauge non-abélienne pour les hamiltoniens Rashba et Dresselhaus, relevants dans l’électronique de spin des matériaux non centrosymétriques est développée. Les champs de jauge définis sont proportionnels aux générateurs SU(2) et aux gradients des potentiels extrinsèque et intrinsèque d’origine, ce qui se traduit par une structure U(1) × SU(2). Nous avons déduit du lagrangien correspondant les équations du mouvement et les courants de spin conservés. On montre que la présence obligatoire d’un terme de masse de type Proca fixe la jauge et résout en conséquence la dépendance de la jauge dans le courant de spin et donc les ambiguïtés du courant de spin rapportées dans la littérature. Nous avons analysé certaines conséquences topologiques, mettant l’accent sur les modéles d’interféromètres et l’apparition de conditions de quantification semblables à celles de l’effet Hall quantique entier. Un dispositif de filtrage de spin par interférences est proposé dans un gaz d’électrons quasi-bidimensionnels GaAs/AlGaAs qui possède à la fois les couplages Rashba et Dresselhaus et un champ magnétique externe appliqué. Nous proposons un interféromètre de Mach Zehnder, accessible en électronique expérimentale et nous déterminons les conditions de filtrage de spin parfait. Nous trouvons deux régimes de filtrage de spin, celui où le filtrage est réalisé dans la base de quantification du faisceau entrant, qui tire parti de la nature purement non-abélien de rotations de spin, et l’autre, où l’on a besoin d’un axe préférentiel incliné pour observer le spineur de sortie polarisé. Nous étudions les états électroniques d’un anneau mésoscopique en présence de couplage spin-orbite Rashba et d’un champ de jauge U(1). Un couplage à un conducteur idéal est mis en oeuvre à la suite de la sonde de tension de Büttiker. Les courants permanents de charge et de spin sont calculés en présence de l’interaction SO et le couplage du réservoir pour deux scénarios distincts de la fraction d’électrons de remplissage. La dégradation des courants permanents dépend de manière uniforme du couplage du réservoir. Le problème des courants permanents de charge et de spin est également considéré sur un disque de Corbino construit à partir d’une feuille de graphène. L’hamiltonien en coordonnées cylindriques est soigneusement examinée afin de refléter hermiticité et la covariance. Nous utilisons la définition de la réponse linéaire afin de déterminer les courants persistants. Nous déterminons aussi les polarisations de spin et de pseudospin associées à ces courants d’équilibre. Les courants maximaux sont protégés contre les effets thermiques, ce qui les rend observables à des températures facilement accessibles / A non-Abelian gauge formulation for the Rashba and Dresselhaus hamiltonians, relevant in spintronics of non-centrosymmetric materials, is studied. The gauge fields defined are proportional to the SU(2) generators and also to potential gradients of extrinsic and intrinsic origin which results in a U(1) × SU(2) formulation. We derived from the corresponding lagrangian the equations of motion and conserved spin currents. It is shown that the mandatory presence of a Proca mass type term fixes the gauge and solves in consequence the gauge dependence of the spin current and therefore the ambiguities of the spin current reported in the literature. The invariant gauge subgroup of this theory will be studied. We will analyze some topological consequences of the gauge formulation of Rashba and Dresselhaus focusing on interferometers models and quantization conditions similar to the integer quantum Hall effect. A Spin filtering device, through quantum spin interference, is addressed in a quasi-2 dimensional GaAs/AlGaAs electron gas that has both Rashba and Dresselhaus spin-orbit couplings and an applied external magnetic field. We propose an experimentally feasible electronic Mach Zehnder Interferometer that determines perfect spin filtering conditions. We find two spin filtering regimes, one where filtering is achieved in the original incoming quantization basis, that takes advantage of the purely non-Abelian nature of spin rotations, and the other, where one needs a tilted preferential axis to observe the polarized output spinor. We also address the electronic states of a mesoscopic ring in the presence of Rashba Spin Orbit coupling and a U(1) gauge field. Spin symmetric coupling to an ideal lead is implemented following Büttiker’s voltage probe. The spin and charge persistent currents are computed in the presence of the SO interaction and the reservoir coupling for two distinct scenarios of the electron filling fraction. The degradation of the persistent currents depends uniformly on the reservoir coupling but due to the fact that currents emerge from different depths of the fermi sea, they depend non uniformly in temperature, “shielding” the currents with a protective gap. Finally the problem of persistent charge and spin currents is addressed on a Corbino disk built from a graphene sheet. We consistently derive the Hamiltonian including kinetic, intrinsic (ISO) and Rashba spin-orbit interactions in cylindrical coordinates. The Hamiltonian is carefully considered to reflect hermiticity and covariance. We use the linear response definition in order to determine the charge persistent currents. We also determine the spin and pseudo spin polarizations associated with such equilibrium currents. For the intrinsic case one can also compute the correct currents by properly defining the bare velocity operator associated with ISO problem or alternatively the ISO group velocity operator associated with the free case. Charge currents for both SO couplings reach maximal values in the vicinity of half integer flux quanta. Such maximal currents are protected from thermal effects because contributing levels plunge (~1K) into the Fermi sea at half integer flux values. Such a mechanism, makes them observable at readily accessible temperatures. Spin currents only arise for the Rashba coupling, due to the spin symmetry of the ISO spectrum. For the Rashba coupling, spin currents are canceled at half integer fluxes but they remain finite in the vicinity, and the same scenario above protects spin currents / Se estudia una formulación de calibre no abeliana de los hamiltonianos Rashba y Dresselhaus, relevantes en espintrónica de materiales no centrosim étricos. Los campos de calibre definidos son proporcionales a los generadores SU(2) y también a los gradientes de potencial de origen extrínseco e intrínseco que se traducen en una formulación U(1) × SU(2). Derivamos del Lagrangiano correspondiente las ecuaciones del movimiento y las corrientes de espín conservadas. Se demuestra que la presencia obligatoria de un término de masa tipo Proca fija el calibre y resuelve en consecuencia la dependencia de calibre en la corriente de esp´n y, por lo tanto, las ambig¨uedades asociadas a la definición de la corriente de espín reportadas en la literatura. Se estudia el subgrupo invariante de esta teoría. Analizamos algunas de las consecuencias topológicas de la formulación de calibre de Rashba y Dresselhaus centrándonos en modelos de interferómetros y condiciones de cuantización similares al efecto Hall cuántico entero. Se propone un dispositivo de filtrado de espín basado en interferencia cuántica de espín, en un gas de electrones cuasi-bidimiensional GaAs/AlGaAs que posee acoplamientos spin-órbita tanto Rashba como Dresselhaus y un campo magnético externo aplicado. Proponemos un interferómetro electrónico tipo Mach-Zehnder experimentalmente factible que determina perfectamente las condiciones de filtrado de espín. Nos encontramos con dos regímenes, un primer régimen donde se logra el filtrar en la base original de cuantización, que toma ventaja de la naturaleza puramente no abeliana de las rotaciones de esín, y el otro, donde se necesita un eje preferencial inclinado (tilted) para observar el espinor polarizado de salida. Estudiamos los estados electrónicos de un anillo mesoscópico en presencia de acoplamiento espín orbita tipo Rashba y un campo de calibre U(1). El acoplamiento simétrico en espín a un cable ideal se implementa siguiendo el procedimiento de punta de prueba de B¨uttiker. La corrientes persistentes de carga y de espín se calculan en presencia de la interacción SO acopladas con un reservorio, tomando en cuenta dos escenarios distintos para de la fracción de electrones de llenado. La degradación de las corrientes persistentes depende de manera uniforme del acoplamiento con el reservorio debido al hecho de que las corrientes emergen de diferentes profundidades del mar de Fermi, y por lo tanto para algunos regímenes particulares de flujo magnético dependen de manera no uniforme de la temperatura, produciendo un “ blindaje” de las corrientes frente a la temperatura mediante una brecha de energía protectora. Se aborda el problema de las corrientes persistentes de carga y espín en un disco Corbino, construido a partir de una hoja de grafeno. Consistentemente derivamos el Hamiltoniano incluyendo su parte cinética, interacciones espín - órbita intrínseca (ISO) y Rashba en coordenadas cilíndricas. El Hamiltoniano es construido cuidadosamente para reflejar la hermeticidad y covariancia. Utilizamos teoría de respuesta lineal con el fin de determinar las corrientes persistentes de carga. También determinamos las polarizaciones de espín y de pseudoespín asociados con estas corrientes de equilibrio. Para el caso intrínseco también se pueden calcular las corrientes definiendo correctamente el operador velocidad (bare) y calculando con las funciones de onda ISO o alternativamente, el operador de velocidad de grupo ISO para las funciones de onda libres. Las corrientes de carga para ambos acoplamientos SO alcanzan valores máximos en las proximidades de semi-enteros de cuantos de flujo. Tales corrientes máximas están protegidos de los efectos térmicos ya que los niveles que contribuyen se hunden (~ 1K) en el mar de Fermi para valores semi-enteros de flujo. Este mecanismo los hace observable a temperaturas de fácil acceso. Las corrientes de espín sólo surgen en presencia de acoplamiento Rashba, debido a la simetría de espín del espectro ISO. [...]