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<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Sayed,&#x20;Shehrin</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Hong,&#x20;Seokmin</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Datta,&#x20;Supriyo</dcvalue>
<dcvalue element="date" qualifier="accessioned">2024-01-19T21:30:43Z</dcvalue>
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<dcvalue element="description" qualifier="abstract">We&#x20;provide&#x20;a&#x20;transmission-line&#x20;representation&#x20;for&#x20;channels&#x20;exhibiting&#x20;spin-momentum&#x20;locking&#x20;(SML)&#x20;that&#x20;can&#x20;be&#x20;used&#x20;for&#x20;both&#x20;time-dependent&#x20;and&#x20;steady-state&#x20;transport&#x20;analysis&#x20;on&#x20;a&#x20;wide&#x20;variety&#x20;of&#x20;materials&#x20;with&#x20;spin-orbit&#x20;coupling&#x20;such&#x20;as&#x20;topological&#x20;insulators,&#x20;Kondo&#x20;insulators,&#x20;transition&#x20;metals,&#x20;semimetals,&#x20;oxide&#x20;interfaces,&#x20;and&#x20;narrow&#x20;band-gap&#x20;semiconductors.&#x20;This&#x20;model&#x20;is&#x20;based&#x20;on&#x20;a&#x20;time-dependent&#x20;four-component&#x20;diffusion&#x20;equation&#x20;obtained&#x20;from&#x20;the&#x20;Boltzmann&#x20;transport&#x20;equation&#x20;assuming&#x20;linear&#x20;response&#x20;and&#x20;elastic&#x20;scattering&#x20;in&#x20;the&#x20;channel.&#x20;We&#x20;classify&#x20;all&#x20;electronic&#x20;states&#x20;in&#x20;the&#x20;channel&#x20;into&#x20;four&#x20;groups&#x20;(U+,&#x20;D+,&#x20;U-,&#x20;and&#x20;D-)&#x20;depending&#x20;on&#x20;the&#x20;spin&#x20;index&#x20;[up&#x20;(U),&#x20;down&#x20;(D)]&#x20;and&#x20;the&#x20;sign&#x20;of&#x20;the&#x20;x&#x20;component&#x20;of&#x20;the&#x20;group&#x20;velocity&#x20;(+,-)&#x20;and&#x20;assign&#x20;an&#x20;average&#x20;electrochemical&#x20;potential&#x20;to&#x20;each&#x20;of&#x20;the&#x20;four&#x20;groups&#x20;to&#x20;obtain&#x20;the&#x20;four-component&#x20;diffusion&#x20;equation.&#x20;For&#x20;normal&#x20;metal&#x20;channels,&#x20;the&#x20;model&#x20;decouples&#x20;into&#x20;the&#x20;well-known&#x20;transmission-line&#x20;model&#x20;for&#x20;charge&#x20;and&#x20;a&#x20;time-dependent&#x20;version&#x20;of&#x20;the&#x20;Valet-Fert&#x20;equation&#x20;for&#x20;spin.&#x20;We&#x20;first&#x20;show&#x20;that,&#x20;in&#x20;the&#x20;steady-state&#x20;limit,&#x20;our&#x20;model&#x20;leads&#x20;to&#x20;simple&#x20;expressions&#x20;for&#x20;charge-spin&#x20;interconversion&#x20;in&#x20;SML&#x20;channels&#x20;in&#x20;good&#x20;agreement&#x20;with&#x20;existing&#x20;experimental&#x20;data&#x20;on&#x20;diverse&#x20;materials.&#x20;We&#x20;then&#x20;use&#x20;the&#x20;full&#x20;time-dependent&#x20;model&#x20;to&#x20;study&#x20;spin-charge&#x20;separation&#x20;in&#x20;the&#x20;presence&#x20;of&#x20;SML,&#x20;a&#x20;subject&#x20;that&#x20;has&#x20;been&#x20;controversial&#x20;in&#x20;the&#x20;past.&#x20;Our&#x20;model&#x20;shows&#x20;that&#x20;the&#x20;charge&#x20;and&#x20;spin&#x20;signals&#x20;travel&#x20;with&#x20;two&#x20;distinct&#x20;velocities,&#x20;resulting&#x20;in&#x20;well-known&#x20;spin-charge&#x20;separation,&#x20;which&#x20;is&#x20;expected&#x20;to&#x20;persist&#x20;even&#x20;in&#x20;the&#x20;presence&#x20;of&#x20;SML.&#x20;However,&#x20;our&#x20;model&#x20;predicts&#x20;that&#x20;the&#x20;lower&#x20;velocity&#x20;signal&#x20;is&#x20;purely&#x20;spin,&#x20;while&#x20;the&#x20;higher&#x20;velocity&#x20;signal&#x20;is&#x20;largely&#x20;charge&#x20;with&#x20;an&#x20;additional&#x20;spin&#x20;component&#x20;proportional&#x20;to&#x20;the&#x20;degree&#x20;of&#x20;SML,&#x20;which&#x20;has&#x20;not&#x20;been&#x20;noted&#x20;before.&#x20;Finally,&#x20;we&#x20;note&#x20;that&#x20;our&#x20;model&#x20;can&#x20;be&#x20;used&#x20;within&#x20;standard&#x20;circuit&#x20;simulators&#x20;such&#x20;as&#x20;SPICE&#x20;to&#x20;obtain&#x20;numerical&#x20;results&#x20;for&#x20;complex&#x20;geometries.</dcvalue>
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