Journal of Experimental and Theoretical PhysicsJournal of Experimental and Theoretical Physics0044-45103034-641XRussian Academy of Science10.31857/S0044451023040144Pure Spin Current Injection into a HelimagnetИнжекция чисто спинового тока в гелимагнетикYasyulevichI. A.ЯсюлевичИ. А. yasyulevich_i_a_noemail@ras.ruBebeninN. GБебенинН. Г bebenin_n_g_noemail@ras.ruUstinovV. V.УстиновВ. В. ustinov_v_v_noemail@ras.ruИнститут физики металлов им. М. Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наукMikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of SciencesИнститут физики металлов им. М. Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наукInstitute of Natural Sciences and Mathematics, Ural Federal University named after the first president of Russia B.N. YeltsinИнститут физики металлов им. М. Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук;Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. ЕльцинаMikheev 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. Yeltsin010420231634574584

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.

Изучена инжекция чисто спинового тока в проводящий гелимагнетик. Найдены характерные длины затухания инжектированного в гелимагнетик спинового тока и описан их физический смысл. Показано, что в гелимагнетиках вместо длины спиновой диффузии возникает характерная длина затухания, которая всегда меньше длины спиновой диффузии, причём уменьшение определяется отношением периода спирали гелимагнетика к длине спиновой диффузии. Предсказано существование «эффекта киральной поляризации чисто спинового тока», заключающегося в том, что при инжекции в гелимагнетик вдоль оси его магнитной спирали чисто спинового тока с поперечной (продольной) относительно оси поляризацией возникает зависящий от киральности спирали спиновый ток продольной (поперечной) поляризации.

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).Spin Current, ed. by S. Maekawa, S.O. Valenzuela, E. Saitoh, and T. Kimura, Oxford University Press, New York (2017), p. 520.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).М.И. Дьяконов, В.И. Перель, Письма в ЖЭТФ 13, 657 (1971).M. I. Dyakonov and V. I. Perel, Phys. Lett.A 35, 459 (1971).J.E. Hirsch, Phys.Rev. Lett. 83, 1834 (1999).V. Baltz, A. Manchon, M. Tsoi, T. Moriyama, T. Ono, and Y. Tserkovnyak, Rev.Mod.Phys. 90, 015005 (2018).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).H. Chen, Q. Niu, and A.H. MacDonald, Phys. Rev. Lett. 112, 017205 (2014).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).Ю.А. Изюмов, УФН 144, 439 (1984).R. J. Elliott and F.A. Wedgwood, Proc.Phys. Soc. 81, 846 (1963).R. J. Elliott and F.A. Wedgwood, Proc.Phys. Soc. 84, 63 (1964).A.A. Fraerman and O.G. Udalov, Phys.Rev.B 77, 094401 (2008).T. Taniguchi and H. Imamura, Phys.Rev.B 81, 012405 (2010).J.-i. Kishine and A. S. Ovchinnikov, Sol. St.Phys. 66, 1 (2015).T. Yokouchi, N. Kanazawa, A. Kikkawa, D. Morikawa, K. Shibata, T. Arima, Y. Taguchi, F. Kagawa, and Y. Tokura, Nat.Commun. 8, 866 (2017).R. Aoki, Y. Kousaka, and Y. Togawa, Phys.Rev. Lett. 122, 057206 (2019).V.V. Ustinov and I.A. Yasyulevich, Phys.Rev.B 102, 134431 (2020).S. Okumura, T. Morimoto, Y. Kato, and Y. Motome, J.Phys.: Conf. Ser. 2164, 012068 (2022).J. Xiao, A. Zangwill, and M.D. Stiles, Phys. Rev.B 73, 054428 (2006).H. Watanabe, K. Hoshi, and J.-i. Ohe, Phys. Rev.B 94, 125143 (2016).S. Okumura, H. Ishizuka, Y. Kato, J.-i. Ohe, and Y. Motome, Appl.Phys. Lett. 115, 012401 (2019).V. Ustinov, N. Bebenin, and I. Yasyulevich, J.Phys.: Conf. Ser. 1389, 012151 (2019).В.В. Устинов, И.А. Ясюлевич, Физика металлов и металловедение 121, 257 (2020).Е.А. Караштин, ФТТ 62, 1482 (2020).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).A. Aqeel, N. Vlietstra, A. Roy, M. Mostovoy, B. J. van Wees, and T.T.M. Palstra, Phys.Rev.B 94, 134418 (2016).A. Aqeel, M. Mostovoy, B. J. van Wees, and T.T.M. Palstra, J.Phys.D: Appl.Phys. 50, 174006 (2017).С.В. Вонсовский, Магнетизм, Наука, Москва (1971), c. 1032.H.C. Torrey, Phys.Rev. 104, 563 (1956).C. Heide, Phys.Rev.B 65, 054401 (2001).Л.С. Левитов, Ю.В. Назаров, Г.М. Элиашберг, ЖЭТФ 88, 229 (1985).T. Furukawa, Y. Shimokawa, K. Kobayashi, and T. Itou, Nat.Commun. 8, 954 (2017).T. Furukawa, Y. Watanabe, N. Ogasawara, K. Kobayashi, and T. Itou, Phys.Rev.Res. 3, 023111 (2021).Y. Nabei, D. Hirobe, Y. Shimamoto, K. Shiota, A. Inui, Y. Kousaka, Y. Togawa, and H.M. Yamamoto, Appl.Phys. Lett. 117, 052408 (2020).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).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).H. Shishido, R. Sakai, Y. Hosaka, and Y. Togawa, Appl.Phys. Lett. 119, 182403 (2021).J. Bass and W.P. Pratt Jr, J.Phys.: Cond.Matt. 19, 183201 (2007).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).