[ca] El camp de l'espintrònica té l'objectiu d'utilitzar el grau de llibertat d'espín de l'electró per emmagatzemar, transportar i manipular informació en dispositius electrònics de nova generació. En aquesta tesi, faig servir metodologies de transport quàntic per simular dinàmiques d'espín en dispositius fets amb materials bidimensionals. La primera part de la tesi se centra en el transport d'espín en grafè, mentre que la segona part tracta els efectes d'interconversió de càrrega-espín i fenòmens topològics en dicalcògens de metalls de transició de baixa simetria (TMDs). El formalisme de Landauer-Büttiker s'ha emprat, tal com està implementat en el programa de codi obert Kwant, per simular diferents tipus de dispositius electrònics, incloent les vàlvules d'espín no locals. En el grafè, revelo que s'hauria de tenir en compte la geometria completa de les vàlvules d'espín no locals a l'hora d'analitzar experiments en règim difusiu quan el transport d'espín és molt eficient; en cas contrari, es podrien subestimar les longituds de difusió d'espín. A més, predic el resultat experimental d'una mesura de precessió d'espín de Hanle quan la qualitat del material condueix el sistema cap a un règim de transport (quasi)balístic, un règim que la teoria típica de la difusió d'espins que s'utilitza per interpretar els experiments no cobreix. Per als TMDs, mostro que la baixa simetria present en algunes fases d'aquesta classe de materials afecta directament la seva textura d'espín, que al seu torn afecta el transport d'espín, així com els processos d'interconversió de càrrega-espín com l'efecte Hall d'espín. La polarització d'espín dels electrons en aquests TMDs mostra una textura d'espín persistent (en l'espai recíproc) fixada en una direcció al llarg del pla yz i, com a resultat, s'observa una relaxació d'espín anisotròpica. L'efecte Hall d'espín presenta un component no convencional, amb una acumulació d'espín generada dins del pla del material, que juntament amb la polarització convencional fora del pla, forma un efecte Hall d'espín oblic o inclinat. A prop de la regió de la banda prohibdia, l'eficiència d'interconversió de càrrega-espín arriba a valors de fins al 80% i, quan el nivell de Fermi es col·loca dins de la banda prohibida topològica, es prediu un efecte Hall d'espín quàntic oblic. Els corresponents estats de vora topològicament protegits són robustos envers desordre i porten espins polaritzats en la mateixa direcció que els de la part de baixa energia de la banda de conducció, que tenen la textura persistent d'espín. Els resultats presentats en aquesta tesi obren una nova perspectiva per predir i examinar el transport d'espín en dispositius de grafè d'alta qualitat i materials bidimensionals topològics de baixa simetria.

[en] The field of spintronics aims at using the spin degree of freedom to store, transport and manipulate information in next-generation electronic devices. In this thesis, I use quantum transport methodologies to simulate spin dynamics in devices made of two-dimensional materials. The first part of the thesis focuses on spin transport in graphene, while the second part deals with charge-to-spin interconversion effects and topological phenomena in low-symmetry transition metal dichalcogenides (TMDs). The Landauer-Büttiker formalism has been employed, as implemented in the open-source Kwant package, to simulate different kinds of electronic devices, including nonlocal spin valves. In graphene, I reveal that the full geometry of nonlocal spin valves should be taken into account when analyzing experiments in the diffusive regime when the spin transport is very efficient; otherwise spin diffusion lengths might be underestimated. Furthermore, I predict the experimental outcome of a Hanle spin precession measurement when the material quality drives the system towards a (quasi)ballistic transport regime, a regime that is not captured by the typical spin diffusion theory used to interpret experiments. For TMDs, I show that the low symmetry common in some phases of this class of materials directly affects their spin texture, which in turn impacts the spin transport, as well as charge-to-spin interconversion processes such as the spin Hall effect. The spin polarization of electrons in these TMDs displays a momentum invariant (persistent) spin texture fixed in a direction along the yz plane, and as a result, anisotropic spin relaxation is found. The spin Hall effect exhibits an unconventional component, with spin accumulation generated in the plane, which together with the conventional out-of-plane polarization, forms an oblique or canted spin Hall effect. Near the band gap region, the charge-to-spin interconversion efficiency reaches values as large as 80% and, when the Fermi level is placed in the topologically nontrivial gap, a canted quantum spin Hall effect is predicted. The corresponding topologically protected edge states are robust to disorder and carry spins polarized in the same direction as the persistent spin texture found at the bottom of the conduction bands. The findings presented in this thesis open a new perspective to predict and scrutinize spin transport in high-quality graphene devices and topological, low-symmetry two-dimensional materials.