<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Archiving and Interchange DTD with OASIS Tables with MathML3 v1.4 20241031//EN" "https://jats.nlm.nih.gov/archiving/1.4/JATS-archive-oasis-article1-4-mathml3.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:ali="http://www.niso.org/schemas/ali/1.0/" dtd-version="1.4" article-type="research-article" xml:lang="en"><front><journal-meta><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Математическая физика и компьютерное моделирование</journal-title></journal-title-group><issn publication-format="print">2587-6325</issn><issn publication-format="electronic">2587-6902</issn></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.15688/mpcm.jvolsu.2023.4.5</article-id><article-categories><subj-group><subject>Other</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title xml:lang="ru">Управление динамикой спинового тока в поликристаллическом проводнике с хиральной структурой</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Control of Spin Current Dynamics in a Polycrystalline Conductor with Chiral Structure</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author"><name-alternatives><name xml:lang="ru"><surname>Игнатьев</surname><given-names>Вячеслав Константинович</given-names></name><name xml:lang="en"><surname>Ignatjev</surname><given-names>Vyacheslav K.</given-names></name></name-alternatives><xref ref-type="aff" rid="aff1"/><email>vkignatjev@yandex.ru</email><contrib-id contrib-id-type="orcid">vkignatjev@yandex.ru</contrib-id></contrib><contrib contrib-type="author"><name-alternatives><name xml:lang="ru"><surname>Перченко</surname><given-names>Сергей Владимирович</given-names></name><name xml:lang="en"><surname>Perchenko</surname><given-names>Sergey V.</given-names></name></name-alternatives><xref ref-type="aff" rid="aff1"/><email>perchenko@volsu.ru</email><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0003-4643-3015</contrib-id></contrib><contrib contrib-type="author"><name-alternatives><name xml:lang="ru"><surname>Станкевич</surname><given-names>Дмитрий Александрович</given-names></name><name xml:lang="en"><surname>Stankevich</surname><given-names>Dmitry A.</given-names></name></name-alternatives><xref ref-type="aff" rid="aff1"/><email>perchenko@volsu.ru</email><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0003-0208-903X</contrib-id></contrib><aff-alternatives id="aff1"><aff xml:lang="en"><institution>Volgograd State University(Volgograd, Russian Federation)</institution></aff><aff xml:lang="ru"><institution>Волгоградский государственный университет(г. Волгоград, Российская Федерация)</institution></aff></aff-alternatives></contrib-group><pub-date pub-type="epub" iso-8601-date="2023-12-10"><day>10</day><month>12</month><year>2023</year></pub-date><volume>26</volume><issue>4</issue><fpage>55</fpage><lpage>68</lpage><history><date date-type="received" iso-8601-date="2023-10-24"><day>24</day><month>10</month><year>2023</year></date><date date-type="accepted" iso-8601-date="2023-11-26"><day>26</day><month>11</month><year>2023</year></date></history><permissions><license xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:title="CC BY 4.0"><ali:license_ref>https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/</ali:license_ref><license-p xml:lang="ru">CC BY 4.0</license-p></license></permissions><abstract xml:lang="ru"><p>Получено уравнение для динамики среднего по кристаллиту спина электрона проводимости в поликристаллическом парамагнетике при наличии деформации и тока проводимости. Среднее значение вычисляется в смешанном состоянии с использованием волновой функций коллективизированного электрона проводимости. В результате аналитического усреднения спинового момента по случайно ориентированным кристаллитам при наличии дисторсии кручения получены уравнения для динамики спиновой поляризации и тензора плотности спинового тока. Из уравнений следует, что в стационарном случае спиновая поляризация будет ориентирована преимущественно вдоль вектора плотности тока проводимости. Проанализирована динамика спиновой поляризации в хиральных парамагнетиках, кристаллическая решетка которых может рассматриваться как элементарная решетка, искаженная дисторсией кручения. Показано, что не смотря на случайную ориентацию отдельных кристаллитов макроскопического образца, проекция спина вдоль направления зарядового тока остается отличной от нуля. Этот вывод согласуется с недавними экспериментальными результатами, полученными на макроскопических образцах дисилицида ниобия.</p></abstract><abstract xml:lang="en" abstract-type="summary"><p>In this paper the operator of the spin current density tensor is obtained taking into account the commutation relations for the field operators of fermions and their spin matrices. It is shown that the spin operators and the spin current density tensor commute with the density of the unperturbed Hamiltonian. The equations of dynamics of mean values of spin density and spin current density tensor are obtained by the Kubo method in the approximation of Markov relaxation. The effective one-particle Hamiltonian of the spin-orbit interaction of the collective conduction electron in a deformed metal is constructed by the Hartree-Fock one-electron approximation, considering a pure metal crystallite as a homonuclear macromolecule with metallic bonding. For a chiral polycrystal a relation is obtained from which the perturbation density operator is constructed inthe second quantization representation. Tensor material equations for externally induced spin currents are constructed. The controlling influences are magnetic field induction, charge current density and temperature. The concentration of conduction electrons enters the equations as a parameter. In a homogeneous conductor without external influences it is constant in volume. However, in a stress-strained state, in the presence of temperature gradients and heat fluxes, this concentration can become an additional control parameter describing the influence of mechanical and other external influences on the polarization and depolarization of the spin current.</p></abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>спиновый ток</kwd><kwd>спиновая поляризация</kwd><kwd>спиновый транспорт</kwd><kwd>стрейнтроника</kwd><kwd>спинтроника</kwd><kwd>хиральность</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>spin current</kwd><kwd>spin polarization</kwd><kwd>spin transport</kwd><kwd>straintronics</kwd><kwd>spintronics</kwd><kwd>chirality</kwd></kwd-group><funding-group><funding-statement xml:lang="ru">Исследование выполнено за счет средств гранта Российского научного фонда №22-22-20035 (https://rscf.ru/project/22-22-20035/) и за счет средств бюджета Волгоградской области.</funding-statement><funding-statement xml:lang="en">The study was supported by grant No. 22-22-20035 from the Russian Science Foundation (https://rscf.ru/project/22-22-20035/) and by the Volgograd Region budget.</funding-statement></funding-group></article-meta></front><back><ref-list><ref id="ref1"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Ахиезер, А. И. Методы статистической физики / А. И. Ахиезер, С. В. Пелетминский. — М. : Наука, 1977. — 367 c.</mixed-citation></ref><ref id="ref2"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Берестецкий, В. Б. Квантовая электродинамика / В. Б. Берестецкий, Е. М. Лифшиц, Л. П. Питаевский. — М. : Физматлит, 1989. — 388 c.</mixed-citation></ref><ref id="ref3"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Вонсовский, / С. В. Электронная теория переходных металлов. I С. В. Вонсовский, Ю. А. Изюмов // УФН. — 1962. — № 77. — C. 377–448. — DOI: https://doi.org/10.3367/UFNr.0077.196207a.0377</mixed-citation></ref><ref id="ref4"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Игнатьев, В. К. Эффект управления спиновой поляризацией электронов проводимости через деформацию ферромагнетика / В. К. Игнатьев, Н. Г. Лебедев, Д. А. Станкевич // Письма в журнал технической физики. — 2022. — № 48 (23). — C. 30–33. — DOI: http://dx.doi.org/10.21883/PJTF.2022.23.53949.19363</mixed-citation></ref><ref id="ref5"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Квасников, И. А. Термодинамика и статистическая физика. В 3 т. Т. 2: Теория равновесных систем: Статистическая физика / И. А. Квасников. — М. : Едиториал УРСС, 2002. — 240 c.</mixed-citation></ref><ref id="ref6"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Кринчик, Г. С. Физика магнитных явлений / Г. С. Кринчик. — М. : Изд-во МГУ, 1976. — 149 c.</mixed-citation></ref><ref id="ref7"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Ландау, Л. Д. Квантовая механика. Нерелятивистская теория / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. — М. : Физматлит, 1974. — 752 c.</mixed-citation></ref><ref id="ref8"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Маделунг, О. Теория твердого тела / О. Маделунг. — М. : Наука, 1980. — 416 c.</mixed-citation></ref><ref id="ref9"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Стрейнтроника — новое направление микро- и наноэлектроники и науки о материалах / А. А. Бухараев, А. К. Звездин, А. П. Пятаков, Ю. К. Фетисов // УФН. — 2018. — №188. — C. 1288–1330. — DOI: http://dx.doi.org/10.3367/UFNr.2018.01.038279</mixed-citation></ref><ref id="ref10"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Фетисов, Ю. К. Спинтроника: физические основы и устройства / Ю.К. Фетисов, А. С. Сигов // РЕНСИТ. — 2018. — № 10 (3). — C. 343–356. — DOI: http://dx.doi.org/10.17725/rensit.2018.10.343</mixed-citation></ref><ref id="ref11"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Detection of Chirality-Induced Spin Polarization over Millimeters in Polycrystalline Bulk Samples of Chiral Disilicides NbSi2 and TaSi2 / H. Shishido, R. Sakai, Y. Hosaka, Y. Togawa // Appl. Phys. Lett. — 2021. — № 119. — Article ID: 182403. — DOI: https://doi.org/10.1063/5.0074293</mixed-citation></ref><ref id="ref12"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Manchon, A. Theory of Nonequilibrium Intrinsic Spin Torque in a Single Nanomagnet / A. Manchon, S. Zhang // Phys. Rev. B. — 2008. — № 78. — Article ID: 212405. — DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.78.212405</mixed-citation></ref><ref id="ref13"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Ruderman, M. A. Indirect Exchange Coupling of Nuclear Magnetic Moments by Conduction Electrons / M. A. Ruderman, C. Kittel // Phys. Rev. — 1954. — № 96 (1). — P. 99–102. — DOI: https://doi.org/10.1103/PHYSREV.96.99</mixed-citation></ref><ref id="ref14"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Spin Specific Electron Conduction through DNA Oligomers / Z. Xie, T. Z. Markus, S. R. Cohen, Z. Vager, R. Gutierrez, R. Naaman // Nano Lett. — 2011. — № 11. — P. 4652–4655. — DOI: https://doi.org/10.1021/nl2021637</mixed-citation></ref><ref id="ref15"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Yu, T. Chirality as Generalized Spin–Orbit Interaction in Spintronics / T. Yu, Z. Luo, G. E. W. Bauer // Physics Reports. — 2023. — № 1009. — P. 1–115. — DOI: https://doi.org/10.1016/j.physrep.2023.01.002</mixed-citation></ref><ref id="ref16"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Akhiezer A.I., Peletminskiy S.V. Metody statisticheskoy fiziki [Methods of Statistical Physics]. Moscow, Nauka Publ., 1977. 367 p.</mixed-citation></ref><ref id="ref17"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Berestetskiy V.B., Lifshits E.M., Pitaevskiy L.P. Kvantovaya elektrodinamika [Quantum Electrodynamics]. Moscow, Fizmatlit Publ., 1989. 388 p.</mixed-citation></ref><ref id="ref18"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Vonsovskii S.V., Izyumov Yu.A. Elektronnaya teoriya perekhodnykh metallov. I [Electron Theory of Transition Metals. I]. UFN [Sov. Phys. Usp.], 1963, no. 5, pp. 547-593. DOI: https://doi.org/10.3367/UFNr.0077.196207a.0377</mixed-citation></ref><ref id="ref19"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Ignatjev V.K., Lebedev N.G., Stankevich D.A. Effekt upravleniya spinovoy polyarizatsiey elektronov provodimosti cherez deformatsiyu ferromagnetika [The Effect of the Spin Polarization Control of Conduction Electrons Through the Deformation of a Ferromagnet]. Pisma v zhurnal tekhnicheskoy fiziki [Technical Physics Letters], 2022, no. 48 (23), pp. 30-33. DOI: http://dx.doi.org/10.21883/PJTF.2022.23.53949.19363</mixed-citation></ref><ref id="ref20"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Kvasnikov I.A. Termodinamika i statisticheskaya fizika. V 3 t. T. 2: Teoriya ravnovesnykh sistem: Statisticheskaya fizika [Thermodynamics and Statistical Physics. In 3 Vol. Vol. 2: Theory of Equilibrium Systems: Statistical Physics]. Moscow, Editorial URSS Publ., 2002. 240 p.</mixed-citation></ref><ref id="ref21"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Krinchik G.S. Fizika magnitnykh yavleniy [Physics of Magnetic Phenomena]. Moscow, Izd-vo MGU, 1976. 149 p.</mixed-citation></ref><ref id="ref22"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Landau L.D., Lifshits E.M. Kvantovaya mekhanika. Nerelyativistskaya teoriya [Quantum Mechanics. Nonrelativistic Theory]. Moscow, Fizmatlit Publ., 1974. 752 p.</mixed-citation></ref><ref id="ref23"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Madelung O. Teoriya tverdogo tela [Solid State Theory]. Moscow, Nauka Publ., 1980. 416 p.</mixed-citation></ref><ref id="ref24"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Bukharaev A.A., Zvezdin A.K., Pyatakov A.P., Fetisov Yu.K. Streyntronika — novoe napravlenie mikro- i nanoelektroniki i nauki o materialakh [Straintronics: A New Trend in Micro- and Nanoelectronics and Materials Science]. UFN [Phys. Usp.], 2018, no. 188, pp. 1288-1330. DOI: http://dx.doi.org/10.3367/UFNr.2018.01.038279</mixed-citation></ref><ref id="ref25"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Fetisov Yu.K., Sigov A.S. Spintronika: fizicheskie osnovy i ustroystva [Spintronics: Physical Foundations and Devices]. RENSIT, 2018, no. 10 (3), pp. 343-356. DOI: http://dx.doi.org/10.17725/rensit.2018.10.343</mixed-citation></ref><ref id="ref26"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Shishido H., Sakai R., Hosaka Y., Togawa Y. Detection of Chirality-Induced Spin Polarization over Millimeters in Polycrystalline Bulk Samples of Chiral Disilicides NbSi2 and TaSi2. Appl. Phys. Lett., 2021, no. 119, article ID: 182403. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0074293</mixed-citation></ref><ref id="ref27"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Manchon A., Zhang S. Theory of Nonequilibrium Intrinsic Spin Torque in a Single Nanomagnet. Phys. Rev. B, 2008, no. 78, article ID: 212405. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.78.212405</mixed-citation></ref><ref id="ref28"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Ruderman M.A., Kittel C. Indirect Exchange Coupling of Nuclear Magnetic Moments by Conduction Electrons. Phys. Rev., 1954, no. 96 (1), pp. 99-102. DOI: https://doi.org/10.1103/PHYSREV.96.99</mixed-citation></ref><ref id="ref29"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Xie Z., Markus T.Z., Cohen S.R., Vager Z., Gutierrez R., Naaman R. Spin Specific Electron Conduction Through DNA Oligomers. Nano Lett., 2011, no. 11, pp. 4652-4655. DOI: https://doi.org/10.1021/nl2021637</mixed-citation></ref><ref id="ref30"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Yu T., Luo Z., Bauer G.E.W. Chirality as Generalized Spin–Orbit Interaction Spintronics. Physics Reports, 2023, no. 1009, pp. 1-115. DOI: https://doi.org/10.1016/j.physrep.2023.01.002</mixed-citation></ref></ref-list></back></article>
