La spintronica ha mostrato come lo spin degli elettroni possa essere generato, trasportato e convertito in segnali elettrici sfruttando fenomeni di interconversione spin-carica (es. spin Hall, Rashba-Edelstein). Tuttavia, in piattaforme di semiconduttori CMOS-compatibili l’efficienza di conversione spin-carica può risultare limitante. Negli ultimi anni sta emergendo l’orbitronica, dove la variabile di stato è il momento angolare orbitale (OAM) dei portatori. In alcuni materiali, inclusi semiconduttori del gruppo IV su cui si basa la tecnologia CMOS, la conversione carica-OAM tramite orbital Hall effect (OHE) può diventare sorprendentemente efficiente, aprendo prospettive per dispositivi a bassa potenza integrabili su silicio e per lo sviluppo di nuove funzionalità. Questa tesi affronta la parte teorico-computazionale del problema, con obiettivo di estrarre parametri chiave e linee guida di design per materiali bulk e nanostrutture, in un contesto device-oriented.

Il lavoro di tesi prevede di sviluppare e applicare una pipeline di simulazione per:

1. calcolare strutture a bande (bulk e low-dimensional) e le texture di spin e orbitali in semiconduttori del gruppo IV;
2. stimare parametri di generazione e trasporto di OAM e spin (efficienze di conversione, anisotropie, dipendenze da strain, confinamento e doping);
3. produrre mappe comparative di materiali e architetture promettenti per spintronica, orbitronica e spin-orbitronica.

Nel lavoro di tesi, condotta sotto la supervisione del prof. Carlo Zucchetti, nell'ambito di ricerca del laboratorio SemiSpin, lo/a studente/ssa:

1. utilizzerà e svilupperà modelli multi-banda e strumenti di simulazione per analizzare quantitativamente le proprietà spin-orbitroniche;
2. imparerà a collegare i risultati numerici a figure di merito utili per il design di dispositivi (trend, sensitività a parametri tecnologici, criteri di ottimizzazione);
3. acquisirà metodo e autonomia nell’analisi critica dei risultati (validazione, confronto con letteratura, interpretazione fisica e proposta di miglioramenti).

Durante la tesi, le competenze acquisite dallo/a studente/ssa non resteranno confinate al progetto, ma costituiranno un patrimonio culturale e professionale solido, spendibile sia in ambito accademico sia in posizioni altamente qualificate nel mercato Hi-Tech. La durata indicativa è di circa 9 mesi, con impegno flessibile ma continuativo (compatibilmente con le esigenze didattiche). Gli studenti interessati possono contattare il prof. Carlo Zucchetti.