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Theory of the spin-galvanic effect and the anomalous phase shift φ_0 in superconductors and Josephson junctions with intrinsic spin-orbit coupling

机译：自旋轨道效应和具有固有自旋轨道耦合的超导体和约瑟夫森结中的异常相移φ_0的理论

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摘要

Due to the spin-orbit coupling (SOC) an electric current flowing in a normal metal or semiconductor can induce a bulk magnetic moment. This effect is known as the Edelstein (EE) or magnetoelectric effect. Similarly, in a bulk superconductor a phase gradient may create a finite spin density. The inverse effect, also known as the spin-galvanic effect, corresponds to the creation of a supercurrent by an equilibrium spin polarization. Here, by exploiting the analogy between a linear-in-momentum SOC and a background SU(2) gauge field, we develop a quasiclassical transport theory to deal with magnetoelectric effects in superconducting structures. For bulk superconductors this approach allows us to easily reproduce and generalize a number of previously known results. For Josephson junctions we establish a direct connection between the inverse EE and the appearance of an anomalous phase shift φ_0 in the current-phase relation. In particular we show that φ_0 is proportional to the equilibrium spin current in the weak link. We also argue that our results are valid generically, beyond the particular case of linear-in-momentum SOC. The magnetoelectric effects discussed in this study may find applications in the emerging field of coherent spintronics with superconductors.
机译：由于自旋轨道耦合（SOC），在正常的金属或半导体中流动的电流会引起体磁矩。这种效应被称为Edelstein（EE）或磁电效应。类似地，在体超导体中，相梯度可以产生有限的自旋密度。逆效应，也称为自旋电流效应，对应于通过平衡自旋极化产生的超电流。在这里，通过利用动量线性SOC和背景SU（2）规范场之间的类比，我们开发了一种准经典输运理论来处理超导结构中的磁电效应。对于块状超导体，这种方法使我们可以轻松地复制和概括许多先前已知的结果。对于约瑟夫森结，我们在逆EE与电流-相位关系中出现相移φ_0的出现之间建立了直接连接。特别是，我们表明φ_0与弱连接中的平衡自旋电流成比例。我们还认为，除了动量线性SOC的特殊情况外，我们的结果总体上是有效的。在这项研究中讨论的磁电效应可能会在具有超导体的相干自旋电子学的新兴领域中找到应用。

著录项

  • 来源
    《Physical review》 |2015年第12期|125443.1-125443.16|共16页
  • 作者

    Francois Konschelle; Ilya V. Tokatly; F. Sebastian Bergeret;

  • 作者单位

    Centro de Fisica de Materiales (CFM-MPC), Centro Mixto CSIC-UPV/EHU, Manuel de Lardizabal 4, E-20018 San Sebastian, Spain;

    Nano-Bio Spectroscopy Group, Departamento Fisica de Materiales, Universidad del Pais Vasco, Avenida Tolosa 72, E-20018 San Sebastian, Spain,IKERBASQUE, Basque Foundation for Science, E-48011 Bilbao, Spain;

    Centro de Fisica de Materiales (CFM-MPC), Centro Mixto CSIC-UPV/EHU, Manuel de Lardizabal 4, E-20018 San Sebastian, Spain,Donostia International Physics Center (DIPC), Manuel de Lardizabal 5, E-20018 San Sebastian, Spain;

  • 收录信息
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类
  • 关键词

    tunneling phenomena; point contacts, weak links, josephson effects; mesoscopic and nanoscale systems; josephson devices;

    机译：隧道现象;点接触;薄弱环节;约瑟夫森效应;介观和纳米系统;约瑟夫森设备;

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