Pure Spin Current Injection into a Helimagnet

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The injection of a pure spin current into a conducting helimagnet is investigated. The characteristic decay lengths for the spin current injected into the helimagnet are determined, and their physical meaning is described. It is shown that instead of the spin diffusion length, helimagnets are characterized by the decay length that is always smaller than the spin diffusion length, the difference in these lengths being determined by the ratio of the helimagnet spiral period to the spin diffusion length. We predict the existence of the “effect of the chiral polarization of a pure spin current,” i.e., the emergence of the spin current with longitudinal (transverse) polarization, which depends on the spiral chirality, upon the injection of a pure spin current with the transverse (longitudinal) polarization relative to the spiral axis.

About the authors

I. A Yasyulevich

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: yasyulevich@imp.uran.ru
620137, Yekaterinburg, Russia

N. G Bebenin

Institute of Natural Sciences and Mathematics, Ural Federal University named after the first president of Russia B.N. Yeltsin

Email: yasyulevich@imp.uran.ru
620137, Yekaterinburg, Russia

V. V Ustinov

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences; Institute of Natural Sciences and Mathematics, Ural Federal University named after the first president of Russia B.N. Yeltsin

Author for correspondence.
Email: ustinov@imp.uran.ru
620137, Yekaterinburg, Russia; 620002, Yekaterinburg, Russia

References

  1. M.N. Baibich, J.M. Broto, A. Fert, F. Nguyen Van Dau, F. Petroff, P. Etienne, G. Creuzet, A. Friederich, and J. Chazelas, Phys.Rev. Lett. 61, 2472 (1988).
  2. Spin Current, ed. by S. Maekawa, S.O. Valenzuela, E. Saitoh, and T. Kimura, Oxford University Press, New York (2017), p. 520.
  3. С.А. Никитов, Д.В. Калябин, И.В. Лисенков, А.Н. Славин, Ю.Н. Барабаненков, С.А. Осокин, А.В. Садовников, Е.Н. Бегинин, М.А. Морозова, Ю.П.Шараевский, Ю.А. Филимонов, Ю.В. Хивинцев, С.Л. Высоцкий, В.К. Сахаров, Е.С. Павлов, УФН 185, 1099 (2015).
  4. М.И. Дьяконов, В.И. Перель, Письма в ЖЭТФ 13, 657 (1971).
  5. M. I. Dyakonov and V. I. Perel, Phys. Lett.A 35, 459 (1971).
  6. J.E. Hirsch, Phys.Rev. Lett. 83, 1834 (1999).
  7. V. Baltz, A. Manchon, M. Tsoi, T. Moriyama, T. Ono, and Y. Tserkovnyak, Rev.Mod.Phys. 90, 015005 (2018).
  8. D. Xiong, Y. Jiang, K. Shi, A. Du, Y. Yao, Z. Guo, D. Zhu, K. Cao, S. Peng, W. Cai, D. Zhu, and W. Zhao, Fundamental Research 2, 522 (2022).
  9. H. Chen, Q. Niu, and A.H. MacDonald, Phys. Rev. Lett. 112, 017205 (2014).
  10. Y. Takeuchi, Y. Yamane, J.Y. Yoon, R. Itoh, B. Jinnai, S. Kanai, J. Ieda, S. Fukami, and H. Ohno, Nature Materials 20, 1364 (2021).
  11. Ю.А. Изюмов, УФН 144, 439 (1984).
  12. R. J. Elliott and F.A. Wedgwood, Proc.Phys. Soc. 81, 846 (1963).
  13. R. J. Elliott and F.A. Wedgwood, Proc.Phys. Soc. 84, 63 (1964).
  14. A.A. Fraerman and O.G. Udalov, Phys.Rev.B 77, 094401 (2008).
  15. T. Taniguchi and H. Imamura, Phys.Rev.B 81, 012405 (2010).
  16. J.-i. Kishine and A. S. Ovchinnikov, Sol. St.Phys. 66, 1 (2015).
  17. T. Yokouchi, N. Kanazawa, A. Kikkawa, D. Morikawa, K. Shibata, T. Arima, Y. Taguchi, F. Kagawa, and Y. Tokura, Nat.Commun. 8, 866 (2017).
  18. R. Aoki, Y. Kousaka, and Y. Togawa, Phys.Rev. Lett. 122, 057206 (2019).
  19. V.V. Ustinov and I.A. Yasyulevich, Phys.Rev.B 102, 134431 (2020).
  20. S. Okumura, T. Morimoto, Y. Kato, and Y. Motome, J.Phys.: Conf. Ser. 2164, 012068 (2022).
  21. J. Xiao, A. Zangwill, and M.D. Stiles, Phys. Rev.B 73, 054428 (2006).
  22. H. Watanabe, K. Hoshi, and J.-i. Ohe, Phys. Rev.B 94, 125143 (2016).
  23. S. Okumura, H. Ishizuka, Y. Kato, J.-i. Ohe, and Y. Motome, Appl.Phys. Lett. 115, 012401 (2019).
  24. V. Ustinov, N. Bebenin, and I. Yasyulevich, J.Phys.: Conf. Ser. 1389, 012151 (2019).
  25. В.В. Устинов, И.А. Ясюлевич, Физика металлов и металловедение 121, 257 (2020).
  26. Е.А. Караштин, ФТТ 62, 1482 (2020).
  27. A. Aqeel, N. Vlietstra, J.A. Heuver, G.E.W. Bauer, B. Noheda, B. J. van Wees, and T.T.M. Palstra, Phys.Rev.B 92, 224410 (2015).
  28. A. Aqeel, N. Vlietstra, A. Roy, M. Mostovoy, B. J. van Wees, and T.T.M. Palstra, Phys.Rev.B 94, 134418 (2016).
  29. A. Aqeel, M. Mostovoy, B. J. van Wees, and T.T.M. Palstra, J.Phys.D: Appl.Phys. 50, 174006 (2017).
  30. С.В. Вонсовский, Магнетизм, Наука, Москва (1971), c. 1032.
  31. H.C. Torrey, Phys.Rev. 104, 563 (1956).
  32. C. Heide, Phys.Rev.B 65, 054401 (2001).
  33. Л.С. Левитов, Ю.В. Назаров, Г.М. Элиашберг, ЖЭТФ 88, 229 (1985).
  34. T. Furukawa, Y. Shimokawa, K. Kobayashi, and T. Itou, Nat.Commun. 8, 954 (2017).
  35. T. Furukawa, Y. Watanabe, N. Ogasawara, K. Kobayashi, and T. Itou, Phys.Rev.Res. 3, 023111 (2021).
  36. Y. Nabei, D. Hirobe, Y. Shimamoto, K. Shiota, A. Inui, Y. Kousaka, Y. Togawa, and H.M. Yamamoto, Appl.Phys. Lett. 117, 052408 (2020).
  37. A. Inui, R. Aoki, Y. Nishiue, K. Shiota, Y. Kousaka, H. Shishido, D. Hirobe, M. Suda, J.-i. Ohe, J. I. Kishine, H.M. Yamamoto, and Y. Togawa, Phys.Rev. Lett. 124, 166602 (2020).
  38. K. Shiota, A. Inui, Y. Hosaka, R. Amano, Y. Onuki, M. Hedo, T. Nakama, D. Hirobe, J.-i. Ohe, J.-i. Kishine, H.M. Yamamoto, H. Shishido, and Y. Togawa, Phys.Rev. Lett. 127, 126602 (2021).
  39. H. Shishido, R. Sakai, Y. Hosaka, and Y. Togawa, Appl.Phys. Lett. 119, 182403 (2021).
  40. J. Bass and W.P. Pratt Jr, J.Phys.: Cond.Matt. 19, 183201 (2007).
  41. C. Fang, C.H. Wan, B. S. Yang, J.Y. Qin, B. S. Tao, H. Wu, X. Zhang, X. F. Han, A. Hoffmann, X.M. Liu, and Z.M. Jin, Phys.Rev.B 96, 134421 (2017).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».