<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="brief-report">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Phys.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Physics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Phys.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-424X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2020.00166</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Physics</subject>
<subj-group>
<subject>Perspective</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Transport Ratios of the Kinetic Alfv&#x000E9;n Mode in Space Plasmas</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Narita</surname> <given-names>Yasuhito</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001"><sup>&#x0002A;</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/100485/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Roberts</surname> <given-names>Owen Wyn</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/694832/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>V&#x000F6;r&#x000F6;s</surname> <given-names>Zolt&#x000E1;n</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/695583/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Hoshino</surname> <given-names>Masahiro</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff3"><sup>3</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/103699/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1"><sup>1</sup><institution>Space Research Institute, Austrian Academy of Sciences</institution>, <addr-line>Graz</addr-line>, <country>Austria</country></aff>
<aff id="aff2"><sup>2</sup><institution>Research Centre for Astronomy and Earth Sciences, Geodetic and Geophysical Institute</institution>, <addr-line>Sopron</addr-line>, <country>Hungary</country></aff>
<aff id="aff3"><sup>3</sup><institution>Graduate School of Science, The University of Tokyo</institution>, <addr-line>Tokyo</addr-line>, <country>Japan</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: Luca Sorriso-Valvo, Institute for Science and Technology of Plasmas (NCR), Italy</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Christian L. V&#x000E1;sconez, National Polytechnic School, Ecuador; Francesco Malara, University of Calabria, Italy; Silvio Sergio Cerri, Princeton University, United States</p></fn>
<corresp id="c001">&#x0002A;Correspondence: Yasuhito Narita <email>yasuhito.narita&#x00040;oeaw.ac.at</email></corresp>
<fn fn-type="other" id="fn001"><p>This article was submitted to Space Physics, a section of the journal Frontiers in Physics</p></fn></author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>29</day>
<month>05</month>
<year>2020</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2020</year>
</pub-date>
<volume>8</volume>
<elocation-id>166</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>07</day>
<month>02</month>
<year>2020</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>21</day>
<month>04</month>
<year>2020</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2020 Narita, Roberts, V&#x000F6;r&#x000F6;s and Hoshino.</copyright-statement>
<copyright-year>2020</copyright-year>
<copyright-holder>Narita, Roberts, V&#x000F6;r&#x000F6;s and Hoshino</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p></license>
</permissions>
<abstract><p>Fluctuation properties of the kinetic Alfv&#x000E9;n mode, such as polarization of the wave electric and magnetic field around the mean magnetic field, parallel fluctuation to the mean field, ratios of the electric to magnetic field, and density fluctuations are analytically estimated by constructing the dielectric tensor of plasma based on the linear Vlasov theory. The dielectric tensor contains various fluid-picture processes in the lowest order, including polarization drift, Hall current, and diamagnetic current. Major discoveries from the dielectric tensor method in the kinetic Alfv&#x000E9;n mode study are (1) identification of the mechanism of the field rotation sense reversal as a result of competition between the Hall and diamagnetic currents, (2) behavior of the parallel magnetic field fluctuation (in the compressive sense). The analytic expression of transport ratios serves as a diagnostic tool to study and identify the kinetic Alfv&#x000E9;n mode in space plasma observations in the inner heliospheric domain.</p></abstract>
<kwd-group>
<kwd>kinetic Alfv&#x000E9;n mode</kwd>
<kwd>dielectric tensor</kwd>
<kwd>fluctuation properties</kwd>
<kwd>energy spectra</kwd>
<kwd>plasma turbulence</kwd>
</kwd-group>
<contract-sponsor id="cn001">&#x000D6;sterreichische Forschungsf&#x000F6;rderungsgesellschaft<named-content content-type="fundref-id">10.13039/501100004955</named-content></contract-sponsor>
<contract-sponsor id="cn002">Japan Society for the Promotion of Science<named-content content-type="fundref-id">10.13039/501100001691</named-content></contract-sponsor>
<contract-sponsor id="cn003">Austrian Science Fund<named-content content-type="fundref-id">10.13039/501100002428</named-content></contract-sponsor>
<counts>
<fig-count count="7"/>
<table-count count="0"/>
<equation-count count="125"/>
<ref-count count="49"/>
<page-count count="14"/>
<word-count count="7868"/>
</counts>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<title>1. Introduction</title>
<p>Kinetic Alfv&#x000E9;n mode is one of the small-scale variants of the shear Alfv&#x000E9;n mode in which the electric field parallel to the mean magnetic field direction (excited nearly in the electromagnetic fashion) is balanced against the electron-scale Debye screening when the wavevector becomes nearly perpendicular to the mean field [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. The kinetic Alfv&#x000E9;n mode is considered to play an important role in various space plasma environments and is one of the likely fluctuation constituents in solar wind turbulence. Indeed, various <italic>in situ</italic> observations of the solar wind plasma and magnetic field are favorably interpreted as a realization of the kinetic Alfv&#x000E9;n mode from 0.1 to 100 Hz in the spacecraft frame (e.g., [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>]).</p>
<p>The properties of the kinetic Alfv&#x000E9;n mode and its possible realization in solar wind turbulence has also been investigated in numerical experiments [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>]. In particular, explicit use of spectral ratios in order to characterize kinetic-scale fluctuations has been extensively used in recent kinetic simulations [<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>]. Discussion in Gro&#x00161;elj et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>] on the wave-like or coherent-structure nature of the sub-ion-scale fluctuations is of great interest in understanding the solar wind microphysics.</p>
<p>Here we revisit the kinetic Alfv&#x000E9;n mode and analytically derive the transport ratios and scaling laws for the electric and magnetic fields in the spirit of developing useful tools for the wave mode identification in the spacecraft observations, particularly in view of the inner heliospheric observations, such as Parker Solar Probe, Solar Orbiter, and BepiColombo&#x00027;s cruise to Mercury. Our derivation is based on the dielectric tensor in the kinetic picture, and treat the dielectric tensor analytically in the leading orders so that the fluid picture properties of kinetic Alfv&#x000E9;n mode are derived from the kinetic treatment. We fill the gap between the kinetic derivation and the fluid picture of kinetic Alfv&#x000E9;n waves presented in Hollweg [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>] by identifying various terms in the dielectric tensor that are physically relevant to the fluid picture, such as the polarization drift, Hall effect, and diamagnetic current.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2. Dielectric Response Framework</title>
<sec>
<title>2.1. Dielectric Tensor</title>
<p>Our starting point is the dielectric tensor <bold>&#x003F5;</bold> in the linear Vlasov theory, which gives the dispersion relation through the determinant-zero equation for the wave electric field, <inline-formula><mml:math id="M1"><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, or explicitly (cf. Equation 73, Chapter 10 in Stix [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>]),</p>
<disp-formula id="E1"><label>(1)</label><mml:math id="M2"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xx</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>yy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>yz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>yz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>zz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Here the dispersion matrix <bold>D</bold> depends on the refraction indices <italic>N</italic><sub>&#x02016;</sub> &#x0003D; <italic>k</italic><sub>&#x02016;</sub><italic>c</italic>/&#x003C9;, <italic>N</italic><sub>&#x022A5;</sub> &#x0003D; <italic>k</italic><sub>&#x022A5;</sub><italic>c</italic>/&#x003C9;, and <italic>N</italic> &#x0003D; <italic>kc</italic>/&#x003C9;, and most importantly, the dielectric tensor <bold>&#x003F5;</bold>. A total refraction index, <inline-formula><mml:math id="M3"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, appears in the diagonal elements in Equation (1). We use the coordinate system spanning the mean magnetic field in the z-direction and the wavevector in the x-z-plane (denoted by <inline-formula><mml:math id="M4"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>). Frequencies are assumed to be sufficiently smaller than the ion cyclotron frequency, &#x003C9; &#x0226A; &#x003A9;<sub>i</sub>, where &#x003A9;<sub>i</sub> &#x0003D; <italic>eB</italic><sub>0</sub>/<italic>m</italic><sub>i</sub>. Wavevectors are highly oblique to the mean magnetic field such that <italic>k</italic><sub>&#x02016;</sub> &#x0226A; <italic>k</italic><sub>&#x022A5;</sub> holds.</p>
<p>Essential information on the wave properties is included in the dielectric tensor, e.g., dispersion relation, fluctuation sense of the wave electric and magnetic field. The elements of dielectric tensor for the kinetic Alfv&#x000E9;n mode are evaluated in the paper by Lysak and Lotko [<xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>], which can be simplified in the following way in the spirit of deriving the fluid-picture property of the wave</p>
<disp-formula id="E2"><label>(2)</label><mml:math id="M5"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xx</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E3"><label>(3)</label><mml:math id="M6"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>yy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E4"><label>(4)</label><mml:math id="M7"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>zz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>De</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E5"><label>(5)</label><mml:math id="M8"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E6"><label>(6)</label><mml:math id="M9"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>yz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E7"><label>(7)</label><mml:math id="M10"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Here, &#x003F5;<sub>xx</sub> represents an extended form of the current for the polarization drift <inline-formula><mml:math id="M11"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> by correcting for the thermal motion in the perpendicular direction. The argument &#x003BC;<sub>i</sub> is defined as <inline-formula><mml:math id="M12"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, which is the square of the perpendicular wavenumbers normalized to the gyroradius of the thermal ions <italic>r</italic><sub>gi</sub> &#x0003D; <italic>v</italic><sub>th, i</sub>/&#x003A9;<sub>i</sub> (here <inline-formula><mml:math id="M13"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>th</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> is the ion thermal speed and &#x003A9;<sub>i</sub> the ion gyro-frequency). The plasma beta &#x003B2; is defined for both ions and electrons in an additive way, <inline-formula><mml:math id="M14"><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. Quasi-neutrality is assumed, too.</p>
<p>The dielectric tensor method has been used in order to derive the properties of kinetic Alfv&#x000E9;n mode fluctuations [<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B36">36</xref>]. For example, Boldyrev et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>] presents the dielectric tensor method for both the kinetic Alfv&#x000E9;n and the whistler modes. Passot and Sulem [<xref ref-type="bibr" rid="B36">36</xref>] discuss limits and full expressions for certain fluctuations. Our approach puts an emphasis on retaining the thermal correction (finite Larmor radius) to the polarization current in &#x003F5;<sub>xx</sub> (Equation 2) and extending the kinetic Alfv&#x000E9;n mode to higher frequencies at about the ion cyclotron frequency in &#x003F5;<sub>yy</sub>, &#x003F5;<sub>xy</sub>, and &#x003F5;<sub>yz</sub> (Equations 3&#x02013;6). We also use the notation with the Alfv&#x000E9;n speed in the dielectric tensor using the relation <inline-formula><mml:math id="M15"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>pi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, where &#x003C9;<sub>pi</sub> and &#x003A9;<sub>i</sub> denote the ion plasma frequency and ion cyclotron frequency, respectively.</p>
<p>We treat a low-beta plasma case in deriving the properties of kinetic Alfv&#x000E9;n mode. The diagonal elements of the dielectric tensor represent the plasma response for three different modes in the low-frequency domain: &#x003F5;<sub>xx</sub> represents the shear Alfv&#x000E9;n mode (through the polarization drift), &#x003F5;<sub>yy</sub> the fast magnetosonic mode, and &#x003F5;<sub>zz</sub> the ion acoustic mode, respectively. The off-diagonal elements represent couplings among these modes. In particular, the first term in &#x003F5;<sub>xy</sub> represents a coupling of the Alfv&#x000E9;n mode (incompressible mode) with the fast mode (compressible mode) through the Hall current and the second term a coupling through the diamagnetic current (see Appendix A for the comparison with the fluid picture). The off-diagonal elements relative to the diagonal elements become increasingly more important at shorter wavelengths. For example, the ratio of the xy to xx elements increases quadratically as a function of the perpendicular wavenumber in the dispersive range (retaining the diamagnetic current and simplifying the dispersion relation into <inline-formula><mml:math id="M16"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) as</p>
<disp-formula id="E8"><label>(8)</label><mml:math id="M17"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xy</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>dm</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xx</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo class="qopname">tan</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>th</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>while the ratio in the MHD range (retaining the Hall term and simplifying the dispersion relation into <inline-formula><mml:math id="M18"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>) is estimated as</p>
<disp-formula id="E9"><label>(9)</label><mml:math id="M19"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xy</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xx</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The dispersion relation is obtained by decoupling of the fast mode from the Alfv&#x000E9;n mode and solving the determinant-zero equation for the xx, xz, zx, and zz elements [<xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>].</p>
<p>The dispersion relation of kinetic Alfv&#x000E9;n mode is obtained by decoupling from the fast mode (represented by the yy element) and solving the reduced equation containing the Alfv&#x000E9;n mode fluctuation or polarization drift (represented by the xx element) and the parallel electron motion (represented by the zz element):</p>
<disp-formula id="E10"><label>(10)</label><mml:math id="M20"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xx</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>zz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Furthermore, if the coupling term &#x003F5;<sub>xz</sub> is neglected since the wavevector is nearly perpendicular to the mean magnetic field, the determinant-zero condition is obtained as</p>
<disp-formula id="E11"><label>(11)</label><mml:math id="M21"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xx</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>zz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>zz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xx</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>from which the dispersion relation reads (Equation 2.44 in Hasegawa and Uberoi [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]):</p>
<disp-formula id="E12"><label>(12)</label><mml:math id="M22"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The electron temperature is higher than the proton temperature in the low-speed solar wind (up to a ratio of 4) and lower in the high-speed solar wind (down to about 0.7) [<xref ref-type="bibr" rid="B37">37</xref>], with a mean value of <italic>T</italic><sub>e</sub>/<italic>T</italic><sub>i</sub> &#x0003D; 1.64 and a median of <italic>T</italic><sub>e</sub>/<italic>T</italic><sub>i</sub> &#x0003D; 1.27 [<xref ref-type="bibr" rid="B38">38</xref>].</p>
<p>If the thermal correction is neglected in the polarization current (i.e., in low-beta plasmas), the dispersion relation is simplified into the following form (Equation E18 in Schekochihin et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>]; see also Bian et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>], or Passot and Sulem [<xref ref-type="bibr" rid="B36">36</xref>]):</p>
<disp-formula id="E13"><label>(13)</label><mml:math id="M23"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003C1;<sub>s</sub> is ion-sound gyro-radius or sonic Larmor radius defined as</p>
<disp-formula id="E14"><label>(14)</label><mml:math id="M24"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The concept of ion-sound radius was introduced in the studies of magnetic reconnection during the late 1960&#x00027;s to early 1970&#x00027;s.</p>
<p>At higher values of beta, thermal correction is needed by keeping the coupling &#x003F5;<sub>xz</sub>, and in that case, the dispersion relation is extended to the following form</p>
<disp-formula id="E15"><label>(15)</label><mml:math id="M25"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The dispersion relation of kinetic Alfv&#x000E9;n mode (Equation 15) is graphically presented in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref> for different values of ion beta and propagation angles to the mean magnetic field. The conventional expression (Equation 12) is valid up to wavenumbers of <italic>k</italic><sub>&#x022A5;</sub><italic>r</italic><sub>gi</sub> &#x0007E; 3.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>Figure 1</label>
<caption><p>Dispersion relation of kinetic Alfv&#x000E9;n mode for different values of ion beta (top) and propagation angles to the mean magnetic field (bottom). Electron-to-ion temperature ratio is set to unity.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-08-00166-g0001.tif"/>
</fig>
<p>Condition of a constant propagation angle (which is observationally supported by multi-spacecraft wave analyses of solar wind fluctuations, such as Perschke et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>] and Roberts et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>]) is applied in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>. The parallel and perpendicular components of the wavevector are related to the wavevector magnitude by <italic>k</italic><sub>&#x02016;</sub> &#x0003D; <italic>k</italic> cos &#x003B8; and <italic>k</italic><sub>&#x022A5;</sub> &#x0003D; <italic>k</italic> sin &#x003B8;, respectively. Different options are possible to plot the dispersion relations. For example, the frequency can be divided by the product of parallel wavenumber and Alfv&#x000E9;n speed as &#x003C9;/(<italic>k</italic><sub>&#x02016;</sub><italic>V</italic><sub>A</sub>) [<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>]; the dispersion relation may be simplified into &#x003C9;&#x0221D;<italic>k</italic><sub>&#x02016;</sub><italic>k</italic><sub>&#x022A5;</sub> irrespective of wavevector anisotropy [<xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>]; application of critical balance [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>]; and intermittency correction [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>].</p>
</sec>
<sec>
<title>2.2. Transport Ratios</title>
<sec>
<title>2.2.1. Electric Field Polarization</title>
<p>Electric field polarization (field rotation sense around the mean magnetic field) is evaluated by the ratio of the two perpendicular field components, and can directly be obtained from the dispersion tensor as follows:</p>
<disp-formula id="E16"><label>(16)</label><mml:math id="M26"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>yx</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xx</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>yz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>yz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>yy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E17"><label>(17)</label><mml:math id="M27"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xx</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>yz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>yz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>yy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where the dielectric tensor in Equations (2)&#x02013;(7) is used in deriving Equation (17). Since the yz element of dielectric tensor is proportional to the xy element (Equation 6), the polarization <italic>E</italic><sub>y</sub>/<italic>E</italic><sub>x</sub> is proportional to the xy element, <italic>E</italic><sub>y</sub>/<italic>E</italic><sub>x</sub> &#x0221D; &#x003F5;<sub>xy</sub>. Change in sense of field rotation is hence associated with the competition between the Hall current and the diamagnetic current.</p>
<p>A more complete expression of the electric field polarization is shown in Appendix B. Approximation at lower wavenumbers <italic>k</italic><sub>&#x022A5;</sub><italic>r</italic><sub>gi</sub> &#x0003C; 1 yet <italic>kd</italic><sub>i</sub> &#x0003E; 1, where <italic>d</italic><sub>i</sub> &#x0003D; <italic>V</italic><sub>A</sub>/&#x003A9;<sub>i</sub> is the ion inertial length) yields a left-hand polarization (though polarization is highly elliptic)</p>
<disp-formula id="E18"><label>(18)</label><mml:math id="M28"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E19"><label>(19)</label><mml:math id="M29"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo class="qopname">cos</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and approximation at higher wavenumbers (<italic>k</italic><sub>&#x022A5;</sub><italic>r</italic><sub>gi</sub> &#x0003E; 1) yields a right-hand sense of polarization:</p>
<disp-formula id="E20"><label>(20)</label><mml:math id="M30"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>th</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E21"><label>(21)</label><mml:math id="M31"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>th</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo class="qopname">tan</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Electric field polarization is plotted in the top panel of <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref> for the full expression (Equation 17) and the two approximations (Equations 17 and 21).</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>Figure 2</label>
<caption><p>Electric field polarization, parallel electric field, magnetic field polarization, and parallel magnetic field as a function of the perpendicular component of wavevector normalized to the thermal ion gyro-radius. Ion beta 0.01. Propagation angle 88&#x000B0; to the mean magnetic field. Dashed and dotted curves are the low-wavenumber and high-wavenumber approximations, respectively. Electron-to-ion temperature ratio is set to unity. Equations (18), (30), (36), (45) are used for the low-wavenumber approximation (dashed lines). Equations (21), (31), (39), (46) are used for the high-wavenumber approximation (dotted lines).</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-08-00166-g0002.tif"/>
</fig>
<p>Dependence on the propagation angle <inline-formula><mml:math id="M32"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>kB</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo class="qopname">tan</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the plasma beta (for ions) is displayed in the top panels of <xref ref-type="fig" rid="F3">Figures 3</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F4">4</xref>, respectively. Electric field has a left-hand rotation sense around the mean magnetic field at lower wavenumbers and changes into right-hand rotation sense at <inline-formula><mml:math id="M33"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>816</mml:mn></mml:math></inline-formula> and above (marked by vertical dotted lines in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figures 3</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F4">4</xref>).</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>Figure 3</label>
<caption><p>Transport ratios for different values of propagation angle to the mean magnetic field. The parameter set is taken from <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-08-00166-g0003.tif"/>
</fig>
<fig id="F4" position="float">
<label>Figure 4</label>
<caption><p>Transport ratios for different values of ion beta. The parameter set is taken from <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-08-00166-g0004.tif"/>
</fig>
<p>The fluid-picture of field polarization is associated with a simplified version of Equation (17):</p>
<disp-formula id="E22"><label>(22)</label><mml:math id="M34"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E23"><label>(23)</label><mml:math id="M35"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Again, Equation (22) shows that the rotation sense of the wave electric field depends on the sign of the dielectric response &#x003F5;<sub>xy</sub>, which is a combination of the Hall current with the diamagnetic current.</p>
<p>If the diamagnetic current dominates the dielectric response (or equivalently, when the perpendicular wavenumber is sufficiently large and the electron temperature is lower than that of ions the electric field polarization reduces to that in the fluid picture,</p>
<disp-formula id="E24"><label>(24)</label><mml:math id="M36"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xy</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>dm</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E25"><label>(25)</label><mml:math id="M37"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E26"><label>(26)</label><mml:math id="M38"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>th</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Equation (23) can be compared with that obtained from the fluid-theoretical approach Equation (46) in Hollweg [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>]. Note that Equation (23) is a measure of the out-of-plane component of electric field (to the plane spanning the mean magnetic field and the wavevector) relative to the in-plane component. The inversion of <italic>E</italic><sub>y</sub>/<italic>E</italic><sub>x</sub> from Hollweg&#x00027;s result reflects different choices of the coordinate system Hollweg&#x00027;s paper takes the perpendicular component of wavevector as the <italic>y</italic> direction, while our paper takes that component as the <italic>x</italic> direction. The factor 3/2 in Equation 23) originates in the different use of temperature. Hollweg&#x00027;s paper uses the temperature through the sound speed <italic>c</italic><sub>s</sub> by including both the ion and the electrons thermal motions with the respective polytropic index &#x003B3;, while our paper uses the temperature through the ion thermal speed. Our paper does not include the electron thermal effect (such as diamagnetic drift) in the perpendicular direction. Hollweg&#x00027;s result is obtained by replacing <inline-formula><mml:math id="M39"><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>th</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> by <inline-formula><mml:math id="M40"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. The factor 3/2 them arises when considering the longitudinal ion motion in the ion sound speed (which makes a factor of &#x003B3; &#x0003D; 3) and the two perpendicular components (<italic>x</italic> and <italic>y</italic> components) in the ion gyro-motion in the definition of ion thermal speed (which makes a factor of 1/2). Field (temporal) rotation is right-hand, which has the same sense as electron gyro-motion as presented by Gary [<xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>] and Hollweg [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>]. If the Hall current dominates, however, the field rotation flips to the left-hand polarized sense.</p>
</sec>
<sec>
<title>2.2.2. Parallel Electric Field</title>
<p>The parallel component of electric field is obtained in the same fashion as the polarization in the xy plane. The relation to the dielectric (or dispersion) tensor is</p>
<disp-formula id="E27"><label>(27)</label><mml:math id="M41"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>zx</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xx</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>zy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>zy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>zz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Again, the full expression of the ratio <italic>E</italic><sub>z</sub>/<italic>E</italic><sub>x</sub> is shown in Appendix B. If the value of beta is sufficiently low, the parallel ratio <italic>E</italic><sub>z</sub>/<italic>E</italic><sub>x</sub> is expressed as:</p>
<disp-formula id="E28"><label>(28)</label><mml:math id="M42"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Approximation at lower wavenumbers (<italic>k</italic><sub>&#x022A5;</sub><italic>r</italic><sub>gi</sub> &#x0003C; 1) is</p>
<disp-formula id="E30"><label>(29)</label><mml:math id="M44"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E31"><label>(30)</label><mml:math id="M45"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo class="qopname">tan</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and that at higher wavenumbers (<italic>k</italic><sub>&#x022A5;</sub><italic>r</italic><sub>gi</sub> &#x0003E; 1) is</p>
<disp-formula id="E32"><label>(31)</label><mml:math id="M46"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo class="qopname">tan</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Equations (28), (30), and (31) are displayed in the second panel of <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>. The parallel electric field becomes more significant at larger wavenumbers, and exceeds the perpendicular electric field when <italic>k</italic><sub>&#x022A5;</sub><italic>r</italic><sub>gi</sub> &#x0003E; 2, particularly when the wavevector has a moderate deviation from the perpendicular direction (e.g., 85 and 88&#x000B0; in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref> irrespective of the values of beta (<xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>).</p>
<p>The fluid-approach derivation by Hollweg [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>] is obtained as follows:</p>
<disp-formula id="E34"><label>(32)</label><mml:math id="M48"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>De</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E35"><label>(33)</label><mml:math id="M49"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>th</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The low-wavenumber approximation can be derived in a more simplified way:</p>
<disp-formula id="E36"><label>(34)</label><mml:math id="M50"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>zx</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>zz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Equation (34) reproduces the second term (leading term) in Equation (16) in Hollweg [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>]. The parallel electric field expression <italic>E</italic><sub>z</sub>/<italic>E</italic><sub>x</sub> enters directly the dispersion relation, and is essentially proportional to <italic>k</italic><sub>&#x02016;</sub><italic>k</italic><sub>&#x022A5;</sub> normalized to the (fictitious) ion gyroradius using the electron temperature.</p>
</sec>
<sec>
<title>2.2.3. Magnetic Field Polarization</title>
<p>Magnetic field polarization is related to the parallel electric field <italic>E</italic><sub>z</sub>/<italic>E</italic><sub>x</sub> and the electric field polarization <italic>E</italic><sub>y</sub>/<italic>E</italic><sub>x</sub> through the induction equation, <inline-formula><mml:math id="M51"><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>. By noting that the wavevector is in the x&#x02013;z plane, <inline-formula><mml:math id="M52"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, we define the magnetic field polarization as the imaginary part of &#x02212;&#x003B4;<italic>B</italic><sub>x</sub>/&#x003B4;<italic>B</italic><sub>y</sub> because &#x003B4;<italic>B</italic><sub>y</sub> is the most significant component in the fluctuating magnetic field. In the definition above, the positive value of imaginary part of &#x02212;&#x003B4;<italic>B</italic><sub>x</sub>/&#x003B4;<italic>B</italic><sub>y</sub> corresponds to the left-hand (temporal) rotation sense around the mean magnetic field in an agreement with the construction of the electric field polarization. We obtain the magnetic field polarization as follows.</p>
<disp-formula id="E37"><label>(35)</label><mml:math id="M53"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>At lower wavenumbers (<italic>k</italic><sub>&#x022A5;</sub><italic>r</italic><sub>gi</sub> &#x0003C; 1), the polarization is obtained using Equations (18) and (29) as:</p>
<disp-formula id="E38"><label>(36)</label><mml:math id="M54"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="qopname">tan</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>In fact, Equation (36) turns out to be a valid expression even at higher wavenumbers (<italic>k</italic><sub>&#x022A5;</sub><italic>r</italic><sub>gi</sub> &#x0003E; 1) (dashed line in the third panel of <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>). In the fluid picture, when the diamagnetic current dominates at higher wavenumbers, the magnetic field polarization is obtained in a simpler way from Equations (26) and (34):</p>
<disp-formula id="E39"><label>(37)</label><mml:math id="M55"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>th</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E40"><label>(38)</label><mml:math id="M56"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>th</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where the frequency is approximated to <inline-formula><mml:math id="M57"><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in Equation (38). The polarization at higher wavenumbers (<italic>k</italic><sub>&#x022A5;</sub><italic>r</italic><sub>gi</sub> &#x0003E; 1) is obtained using Equations (21) and (31) as:</p>
<disp-formula id="E41"><label>(39)</label><mml:math id="M58"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>th</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo class="qopname">tan</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where the coefficient <italic>C</italic> is a numerical factor defined as</p>
<disp-formula id="E42"><label>(40)</label><mml:math id="M59"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Equation (39), however, turns out to be valid only in a narrow range of wavenumbers (dotted line for 2 &#x0003C; <italic>k</italic><sub>&#x022A5;</sub><italic>r</italic><sub>gi</sub> &#x0003C; 3 in the third panel of <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>). The low-wavenumber approximation (Equation 36) gives a more practical expression of magnetic field polarization.</p>
<p>Magnetic field polarization is plotted in the third panel of <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>. The field rotation sense of the fluctuating magnetic field inherits the polarization of the electric field, that is left-hand polarized around the mean magnetic field at lower wavenumbers and right-hand polarized at higher wavenumbers. Turnover of the rotation sense occurs at <inline-formula><mml:math id="M60"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>816</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The polarization profile is persistent over different propagation angles (<xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>) and different values of beta (<xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>). Another change in the field rotation sense is associated with the value of beta and the ratio of electron to ion temperature. See the full expression of the magnetic field polarization is presented in Appendix B. A more complete and convenient expression of the polarization exhibiting the secondary change in the field rotation sense is</p>
<disp-formula id="E43"><label>(41)</label><mml:math id="M61"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</sec>
<sec>
<title>2.2.4. Parallel Magnetic Field</title>
<p>The parallel component of fluctuating magnetic field &#x003B4;<italic>B</italic><sub>z</sub> in relation to the in-plane perpendicular component &#x003B4;<italic>B</italic><sub>x</sub> is obtained from the induction equation,</p>
<disp-formula id="E45"><label>(42)</label><mml:math id="M63"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Equation (42) can also be derived from the divergence-free equation for the fluctuating magnetic field, <inline-formula><mml:math id="M64"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The x component, &#x003B4;<italic>B</italic><sub>x</sub>, has the smallest amplitude among the three components of fluctuating magnetic field since the wavevector is nearly in the x direction.</p>
<p>The ratio of &#x003B4;<italic>B</italic><sub>z</sub> to &#x003B4;<italic>B</italic><sub>y</sub> is obtained from the induction equation as</p>
<disp-formula id="E46"><label>(43)</label><mml:math id="M65"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Alternatively, it is more useful to estimate the ratio &#x003B4;<italic>B</italic><sub>z</sub>/&#x003B4;<italic>B</italic><sub>y</sub> over the in-plane component &#x003B4;<italic>B</italic><sub>x</sub>:</p>
<disp-formula id="E47"><label>(44)</label><mml:math id="M66"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The ratio &#x003B4;<italic>B</italic><sub>z</sub>/&#x003B4;<italic>B</italic><sub>y</sub> at lower wavenumbers is then obtained using Equations (42) and (36)</p>
<disp-formula id="E48"><label>(45)</label><mml:math id="M67"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>And the ratio at higher wavenumbers is obtained using Equations (42) and (39)</p>
<disp-formula id="E49"><label>(46)</label><mml:math id="M68"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>th</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo class="qopname">tan</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The bottom panel in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref> displays the magnetic field polarization as a function of the perpendicular wavenumber (normalized to the thermal ion gyroradius) for the exact expression (Equation 43) and the two approximations (Equations 45 and 46). The parallel (or compressive) component of fluctuating magnetic field is not small but competes against the out-of-plane (incompressible) component, &#x003B4;<italic>B</italic><sub>y</sub> both at lower and higher wavenumbers. When the Hall current dominates at lower wavenumbers, the fluctuation sense of parallel magnetic field is left-hand polarized around the x direction or virtually around the wavevector). When the diamagnetic current dominates at higher wavenumbers, the fluctuation sense is right-hand polarized around the x direction. The change in the polarization sense is the same as that of <italic>E</italic><sub>y</sub>/<italic>E</italic><sub>x</sub> and &#x02212;<italic>B</italic><sub>x</sub>/<italic>E</italic><sub>y</sub>. and the turnover of fluctuation sense occurs at <inline-formula><mml:math id="M69"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula> irrespective of propagation angles (<xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>). Like the magnetic field polarization study above, the fitting quality of low-wavenumber approximation (Equation 45, dashed line) turns out to be valid even at higher wavenumbers while that of high-wavenumber approximation (Equation 46, dotted line) degrades at <italic>k</italic><sub>&#x022A5;</sub><italic>r</italic><sub>gi</sub> &#x0003E; 3.</p>
<p>The ratio &#x003B4;<italic>B</italic><sub>z</sub>/&#x003B4;<italic>B</italic><sub>y</sub> can reach a value of about 0.7 at lower wavenumbers (<italic>k</italic><sub>&#x022A5;</sub><italic>r</italic><sub>gi</sub> &#x0003C; 1). The reason for this is that the electric field polarization <italic>E</italic><sub>y</sub>/<italic>E</italic><sub>x</sub> becomes amplified by a factor of tan&#x003B8;. The peak wavenumber shifts with the increasing value of beta (<xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>), indicating that the compressibility peak at lower wavenumbers is associated with the Hall current around the ion inertial length. Note that the ratio of ion inertial length <italic>d</italic><sub>i</sub> to the thermal ion gyro-radius is <inline-formula><mml:math id="M70"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula> in our definition of thermal velocity <inline-formula><mml:math id="M71"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>th</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>In the fluid picture, when the diamagnetic current dominates at higher wavenumbers, the parallel component of fluctuating magnetic field is estimated using Equations (37), (42), and (44):</p>
<disp-formula id="E50"><label>(47)</label><mml:math id="M72"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>th</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The reversal of fluctuation sense from the low-wavenumber domain (Equation 45) is clear in Equation (47).</p>
<p>A useful quantity in the observational studies is the squared ratio of parallel fluctuation to the total fluctuation, which is approximated to <inline-formula><mml:math id="M73"><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> at wavelengths around the ion gyro-radius. The y component is dominant among the three components of fluctuating magnetic field. The magnetic field compression is estimated using Equation (47) as:</p>
<disp-formula id="E51"><label>(48)</label><mml:math id="M74"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>total</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>th</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Equations (38), (42), and (48) are in a good agreement with the numerical results, such as hodograms in Pucci et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B44">44</xref>] and V&#x000E1;sconez et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>].</p>
</sec>
<sec>
<title>2.2.5. E&#x02013;B Ratios</title>
<p>The ratio of electric to magnetic field fluctuations (hereafter, the E-B ratio) also serves as a useful quantity to diagnose the wave property. The E-B ratios can be expressed by a combination of the frequencies, wavenumbers, and ratios of electric field components. For example, the ratio of <italic>E</italic><sub>y</sub> to &#x003B4;<italic>B</italic><sub>x</sub> and that to &#x003B4;<italic>B</italic><sub>z</sub> are obtained directly from the induction equation:</p>
<disp-formula id="E52"><label>(49)</label><mml:math id="M75"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E53"><label>(50)</label><mml:math id="M76"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The ratio <italic>E</italic><sub>x</sub>/&#x003B4;<italic>B</italic><sub>y</sub> is obtained as</p>
<disp-formula id="E54"><label>(51)</label><mml:math id="M77"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E55"><label>(52)</label><mml:math id="M78"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where Equations (35) and (49) are used in deriving Equation (52). The ratio <italic>E</italic><sub>x</sub>/&#x003B4;<italic>B</italic><sub>z</sub> is obtained, by using Equations (49) and (42), as</p>
<disp-formula id="E56"><label>(53)</label><mml:math id="M79"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E57"><label>(54)</label><mml:math id="M80"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The ratios <italic>E</italic><sub>z</sub>/&#x003B4;<italic>B</italic><sub>x</sub> and <italic>E</italic><sub>z</sub>/&#x003B4;<italic>B</italic><sub>y</sub> are, respectively,</p>
<disp-formula id="E58"><label>(55)</label><mml:math id="M81"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E59"><label>(56)</label><mml:math id="M82"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and</p>
<disp-formula id="E60"><label>(57)</label><mml:math id="M83"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E61"><label>(58)</label><mml:math id="M84"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Absolute values of the E-B ratios are normalized to the Alfv&#x000E9;n speed <italic>V</italic><sub>A</sub> and plotted as a function of perpendicular wavenumber <italic>k</italic><sub>&#x022A5;</sub><italic>r</italic><sub>gi</sub> in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>. <italic>E</italic><sub>x</sub>/&#x003B4;<italic>B</italic><sub>z</sub> and <italic>E</italic><sub>z</sub>/&#x003B4;<italic>B</italic><sub>x</sub> exhibit a singularity at <inline-formula><mml:math id="M85"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula>. <italic>E</italic><sub>x</sub>/&#x003B4;<italic>B</italic><sub>y</sub> is the dominant component and has a significant contribution when the electric field energy is divided by the total magnetic field fluctuation energy, <inline-formula><mml:math id="M86"><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref> top panel). <italic>E</italic><sub>y</sub>/&#x003B4;<italic>B</italic><sub>x</sub> and <italic>E</italic><sub>y</sub>/&#x003B4;<italic>B</italic><sub>x</sub> essentially represent the phase speed in the parallel and perpendicular directions to the mean magnetic field, respectively. <italic>E</italic><sub>z</sub>/&#x003B4;<italic>B</italic><sub>y</sub> is a measure of parallel electric field, and dominates eventually the electric field at higher wavenumbers when plotting <inline-formula><mml:math id="M87"><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref> top panel).</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>Figure 5</label>
<caption><p>Ratios of the electric field to the fluctuating magnetic field for various combinations.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-08-00166-g0005.tif"/>
</fig>
<fig id="F6" position="float">
<label>Figure 6</label>
<caption><p>Ratios of the electric field energy to the total magnetic field fluctuation energy (top) and parallel magnetic field energy relative to the total magnetic field fluctuation energy (bottom).</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-08-00166-g0006.tif"/>
</fig>
<p>The ratio of <italic>E</italic><sub>y</sub> to &#x003B4;<italic>B</italic><sub>y</sub> is also of great interest because the both field components are the leading ones in the kinetic domain. Using the induction equation (Equation 49) and the diamagnetic current type magnetic field polarization (Equation 37), the ratio <italic>E</italic><sub>y</sub>/&#x003B4;<italic>B</italic><sub>y</sub> (with normalization to the Alfv&#x000E9;n speed) is obtained as</p>
<disp-formula id="E62"><label>(59)</label><mml:math id="M88"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E63"><label>(60)</label><mml:math id="M89"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>th</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>By introducing tan &#x003B8; &#x0003D; <italic>k</italic><sub>&#x022A5;</sub>/<italic>k</italic><sub>&#x02016;</sub>, the squared ratio of Equation (60) is obtained as</p>
<disp-formula id="E64"><label>(61)</label><mml:math id="M90"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>th</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo class="qopname">tan</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Equation (61) indicates that the <italic>E</italic><sub>y</sub> energy spectrum is flatter than the &#x003B4;<italic>B</italic><sub>y</sub> spectrum by <inline-formula><mml:math id="M91"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo class="qopname">tan</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula> (see section 2.3).</p>
</sec>
<sec>
<title>2.2.6. Density Fluctuation</title>
<p>The species-wise density fluctuation can be computed through the continuity equation, <inline-formula><mml:math id="M92"><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, where the flow velocity <inline-formula><mml:math id="M93"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is associated with the wave electric field through the current density, <inline-formula><mml:math id="M94"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and Ohm&#x00027;s law, <inline-formula><mml:math id="M95"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003C3;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> as follows (cf., Gary [<xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>]),</p>
<disp-formula id="E65"><label>(62)</label><mml:math id="M96"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003F5;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mtext>I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Note that the conductivity is related to the dielectric tensor through <bold><italic>&#x003C3;</italic></bold><sub>s</sub> &#x0003D; &#x02212; i&#x003C9;&#x003F5;<sub>0</sub>(<bold><italic>&#x003F5;</italic></bold><sub>s</sub> &#x02212; <bold><italic>I</italic></bold>). The density fluctuation is linearly proportional to the electric field (through the tensor operation). To obtain the squared density fluctuation in an independent way from the electric field, one may normalize the density fluctuation to the parallel magnetic field fluctuation,</p>
<disp-formula id="E66"><label>(63)</label><mml:math id="M97"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>ps</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003F5;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mtext>I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E67"><label>(64)</label><mml:math id="M98"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>ps</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003F5;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mtext>I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The ion compressibility is contributed largely by <italic>E</italic><sub>x</sub> since the parallel electric field is smaller than the perpendicular one, <italic>E</italic><sub>z</sub> &#x0226A; <italic>E</italic><sub>x</sub>, and the ion compressibility is approximated to</p>
<disp-formula id="E68"><label>(65)</label><mml:math id="M99"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>th</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which essentially agrees with the fluid-derivation except for a factor of <inline-formula><mml:math id="M100"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. This factor is obtained by expressing the temperature not with the thermal velocity but with the sound speed by replacing 3<italic>v</italic><sub>th,i</sub>/2 by <italic>c</italic><sub>s</sub> in Equation (14) in Hollweg [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>]. One may extend the expression in Equation 65 by correcting for the ion thermal motion and multiplying a factor of <inline-formula><mml:math id="M101"><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> on the right hand side of Equation (65), which reproduces Equation (22) in Hollweg [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>]. The electron compressibility is related to the parallel electric field. The leading term is <italic>k</italic><sub>z</sub>(&#x003F5;<sub>zz</sub> &#x02212; 1)<italic>E</italic><sub>z</sub>, yielding the electron compressibility in the same form as Equation (65).</p>
<p>The relation of density fluctuation to the <italic>E</italic><sub>x</sub> component is</p>
<disp-formula id="E69"><label>(66)</label><mml:math id="M102"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>De</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>De</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where we introduced the ion inertial length <italic>d</italic><sub>i</sub> &#x0003D; <italic>V</italic><sub>A</sub>/&#x003A9;<sub>i</sub> and used Equation (34). Equation (66) holds for the electrons, too.</p>
</sec>
</sec>
<sec>
<title>2.3. Spectral Signature</title>
<p>The analytic expressions for the kinetic Alfv&#x000E9;n mode properties are useful in interpreting results from observations and numerical simulations for kinetic Alfv&#x000E9;n turbulence by, e.g., Howes et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>], Passot et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>]), Franci et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>], Told et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>], Valentini et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>]. Cerri et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>], Gro&#x00161;elj et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>]). Perrone et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>], and Cerri et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>]. In some limited cases, the analytic expressions are also useful to estimate the energy spectra for the kinetic Alfv&#x000E9;n mode, assuming the turbulent field is primarily composed of linear-mode waves. The ratio of fluctuation energies of the electric field (<inline-formula><mml:math id="M103"><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M104"><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M105"><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>) to that of the total magnetic field fluctuation (<inline-formula><mml:math id="M106"><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>total</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>) (<xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref>) indicate that the x and z components of electric field can be expressed by a scaling law. The x component of electric field to the magnetic field fluctuation is, with the help of Equation (29), written as:</p>
<disp-formula id="E70"><label>(67)</label><mml:math id="M107"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>total</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E71"><label>(68)</label><mml:math id="M108"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x0221D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mtext>A</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:msub><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>3</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mtext>A</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:msub><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The y component of electric field becomes larger than x at even higher wavenumbers, and the energy ratio to the magnetic field is (using Equation 61)</p>
<disp-formula id="E72"><label>(69)</label><mml:math id="M109"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>total</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E73"><label>(70)</label><mml:math id="M110"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0221D;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>th</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo class="qopname">tan</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The z component using Equations (29) and (31) as:</p>
<disp-formula id="E74"><label>(71)</label><mml:math id="M111"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>total</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E75"><label>(72)</label><mml:math id="M112"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x0221D;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mtext>A</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:msub><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>3</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mtext>A</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:msub><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Different scenarios are possible to assess <italic>k</italic><sub>&#x02016;</sub> in the scaling law:</p>
<list list-type="order">
<list-item><p>Filamentation. A parallel-propagating Alfv&#x000E9;n wave interacts with a density perturbation in the perpendicular plane to the mean magnetic field and the wave-wave interaction generates daughter waves which propagate in highly oblique directions to the mean field. If the density perturbation has a vanishing parallel wavenumber, the daughter waves retain the parallel wavenumber of the pump Alfv&#x000E9;n wave (e.g., [<xref ref-type="bibr" rid="B45">45</xref>]). In the filamentation scenario, the parallel wavenumber is a constant,
<disp-formula id="E76"><label>(73)</label><mml:math id="M113"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>const</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p></list-item>
<list-item><p>Constant propagation angle. Multi-spacecraft observations indicate that the treatment of constant propagation angle over a wider range of wavenumbers is a valid assumption for dominant wave components in the solar wind [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>].
<disp-formula id="E77"><label>(74)</label><mml:math id="M114"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="qopname">tan</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p></list-item>
<list-item><p>Critical balance. The energy transfer time is modeled as scale-wise balanced between the eddy turnover time in the perpendicular plane to the mean magnetic field <inline-formula><mml:math id="M115"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>ed</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> (which originates in the fluid non-linearity) and the Alfv&#x000E9;n time scattering time <inline-formula><mml:math id="M116"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> along the mean magnetic field (which originates in the hydromagnetic non-linearity):
<disp-formula id="E78"><label>(75)</label><mml:math id="M117"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The flow velocity in the perpendicular plane is assumed to follow the Richardson-Kolmogorov scaling:
<disp-formula id="E79"><label>(76)</label><mml:math id="M118"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>turb</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>where &#x003F5;<sub>turb</sub> denotes the energy transfer rate in the inertial range of fluid turbulence, and is modeled as the flow kinetic energy (proportional to the square of flow velocity, <inline-formula><mml:math id="M119"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>) divided by eddy turnover time <inline-formula><mml:math id="M120"><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Combination of Equation (75) with Equation (76) yields a relation between the parallel and perpendicular components of wavevector:
<disp-formula id="E80"><label>(77)</label><mml:math id="M121"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M122"><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is a integration-scale length of the system [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>].</p></list-item>
</list>
<p><xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref> displays sketches of the energy spectra deduced from our dielectric tensor method, in particular, using the fluctuation energy ratios shown in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref>. We assume a Kolmogorov-type spectral slope &#x02212;5/3 at lower wavenumbers (MHD inertial range) and an electron-MHD-type spectral slope &#x02212;7/3 at higher wavenumbers (dispersive range) as presented in the theoretical studies [<xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B36">36</xref>] as well as in the hybrid Vlasov-Maxwell numerical study [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>]. The small-scale spectrum may be even steeper than &#x02212;7/3. For example, a hybrid simulation study by Franci et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>] presents a steepening of the spectral curve from &#x02212;5/3 in the MHD domain to &#x02212;3 in the kinetic domain while a flattening of the electric field spectrum to a slope of &#x02212;2/3 or &#x02212;1 and a steepening of magnetic field spectrum (steeper than &#x02212;7/3) are found in the kinetic range by hybrid simulations by Servidio et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>], Cerri and Califano [<xref ref-type="bibr" rid="B46">46</xref>], Cerri et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>], and Arzamasskiey et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B47">47</xref>]. The observational values of the short-wavelength slope are, e.g., &#x02212;2.1 [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>], &#x02212;2.5 [<xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>], and &#x02212;2.6 [<xref ref-type="bibr" rid="B49">49</xref>].</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>Figure 7</label>
<caption><p>Schematic energy spectra for the magnetic field (left) and electric field (right) of the kinetic Alfv&#x000E9;n mode in the perpendicular wavenumber domain.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-08-00166-g0007.tif"/>
</fig>
<p>The perpendicular electric field spectrum falls with the same slope as the magnetic field energy at lower wavenumbers, and falls more steeply than the magnetic field spectrum by a slope difference &#x02212;2. Yet, at sufficiently high wavenumbers (higher than the wavenumber for the ion gyro-radius), the perpendicular electric field spectrum exhibits a flattening because the out-of-plane component (<italic>E</italic><sub>y</sub> component) becomes more significant than the in-plane component (<italic>E</italic><sub>x</sub> component). The perpendicular electric field spectrum has a slope of &#x02212;1/3 for the constant propagation angle and &#x02212;1 for the critical balance (assuming that the magnetic field spectrum has a slope of &#x02212;7/3). The parallel electric field spectrum exhibits a different sense of the slope because the parallel electric field spectrum increases rapidly toward higher wavenumbers. Three different scenarios above indicate that the slope difference of the parallel electric field spectrum to the magnetic field spectrum is 2 (filamentation), 4 (constant propagation angle), and 10/3 (critical balance) at lower wavenumbers, and 0 (filamentation), 2 (constant propagation angle), and 4/3 (critical balance). Yet, it should be noted that the Landau damping parallel to the mean magnetic field is not included in our discussion. The dominance of parallel electric field energy depends on several details of the system under consideration, e.g., injection amplitude and separation of scales. The parallel magnetic field does not exhibit a simple scaling to the perpendicular magnetic field. The parallel field becomes enhanced at wavelengths around the ion inertial length and the ion gyro-radius.</p>
<p>From polarization (or transport ratio) point-of-view, the steepening of perpendicular electric field spectrum occurs because <italic>E</italic><sub>x</sub> fluctuation energy (in-plane component in a nearly electrostatic sense) becomes smaller than the total magnetic field fluctuation energy at shorter wavelengths around the ion gyro-radius. Then <italic>E</italic><sub>y</sub> (out-of-plane component in a nearly electromagnetic sense) becomes increasingly larger at even shorter wavelengths and the <italic>E</italic><sub>y</sub> leads to a flattening of perpendicular electric field spectrum. <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref> shows the competition between <italic>E</italic><sub>x</sub> and <italic>E</italic><sub>y</sub> components in terms of fluctuation amplitudes, and <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref> the competition in terms of the fluctuation energies. A drop of perpendicular electric field spectral curve at wavelengths close to ion gyro-radius has, so far, not been clearly identified in the numerical simulation studies or observations. Possible explanations include effects of higher-order correction of the wave properties (through dielectric response) to thermal and kinetic effects and excitation of other fluctuation modes (e.g., linear-mode waves, forced waves by wave-wave interactions, non-linear mode) that mediate energy cascade of kinetic Alfv&#x000E9;n turbulence. Component-wise transport ratio studies will help to diagnose the realization of kinetic Alfv&#x000E9;n mode in turbulent kinetic plasmas in the observational and simulation studies.</p>
<p>Our naive estimate of spectral signature for kinetic Alfv&#x000E9;n turbulence predicts a local minimum of parallel magnetic field spectrum at wavelengths close to the thermal ion gyroradius. This is because the electric field changes the rotation sense of wave field. Hybrid and particle-in-cell simulations [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>] show an evidence for a local minimum of the spectral slope in the energy spectrum of parallel magnetic field in the perpendicular wavenumber domain (but not changing the sign of spectral slope). Note that <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref> merely reflects the fluctuation sense studies presented in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref> on the assumption of two distinct power-law spectral domains for the perpendicular magnetic field fluctuations. Yet, increasing sense of the parallel magnetic field fluctuation and flattening of the perpendicular electric field spectrum (relative to the perpendicular fluctuation) are presented in numerical studies by Told et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>]. The parallel electric field spectrum often exhibits a decaying sense of spectral curve toward higher wavenumbers (e.g., [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>]). Growing sense of the spectrum (with a positive value of spectral index) is confirmed at lower wavenumbers in the Eulerian hybrid Vlasov-Maxwell simulations but not in the hybrid particle-in-cell simulations [<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>]. The parallel magnetic field spectrum has the nearly same spectral curve to the perpendicular magnetic field spectrum, and has a smaller energy density than the perpendicular magnetic field spectrum (e.g., [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>]). The perpendicular electric field spectrum has a larger energy density than the parallel electric field spectrum, and the spectral curve is flatter than the parallel spectrum in the kinetic domain (e.g., [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>]). Flattening of the perpendicular electric field spectrum agrees with the hybrid simulation [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B46">46</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B47">47</xref>], gyro-kinetic simulation [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>], fluid-model simulation [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>], and particle-in-cell simulation [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>].</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3. Lessons and Outlook</title>
<p>Analytic derivation of the kinetic Alfv&#x000E9;n mode properties is presented in the lowest order picture (which reproduces the transport ratios of the wave in the fluid picture) by assessing the dielectric response in various directions, such as the polarization drift, Debye screening, and Hall and diamagnetic currents and evaluating the transport ratios directly by evaluating the dielectric tensor. The presented method has a wide range of applications in the sense that the dielectric tensor method offers an algorithm to perform higher-order thermal corrections due to the finite Larmor radius and Alfv&#x000E9;n wave couplings with the fast and ion-acoustic mode (e.g., treating &#x003F5;<sub>xz</sub> as a non-zero quantity).</p>
<p>The dielectric tensor method shows that the Hall and diamagnetic currents contribute to the wave properties through the off-diagonal dielectric response. The off-diagonal dielectric response determines the polarization property of the kinetic Alfv&#x000E9;n mode without altering the dispersion relation significantly.</p>
<p>The (temporal) rotation of electric field is in the electron gyration sense, right-hand polarized when viewing into the mean magnetic field direction at a fixed point in space. The field rotation sense originates in the diamagnetic current in the wave. Field rotation sense may be reversed when the Hall current dominates in the (off-diagonal) dielectric response, particularly when the perpendicular wavenumber is not sufficiently large.</p>
<p>The obtained analytic expressions are simplified by using approximations, and then are tested against the transport ratios obtained numerically from the dielectric tensor in Equations (2)&#x02013;(7). From a practical point of view, Equations (18), (21), (30), (31), (36), (45) provide useful tools of fluctuation sense studies, which can easily be implemented for various data analyses and applications to further studies.</p>
<p>The analytic expression of the transport ratios will serve as a useful tool in the spacecraft observations of wave phenomena, e.g., electric and magnetic field fluctuations in the inner heliospheric region by Parker Solar Probe, Solar Orbiter, and BepiColombo. Even though the measurements are limited to the magnetic field fluctuations only (e.g., the BepiColombo MPO spacecraft measures the interplanetary magnetic field during its 7-years cruise to Mercury) the dielectric tensor method offers a reference model of transport ratios for the kinetic Alfv&#x000E9;n mode.</p>
<p>Of course, there could be other modes (both linear and non-linear modes) contributing to the sub-ion-scale fluctuations in solar wind turbulence, which may then show different behavior of the spectral ratios (e.g., [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>]) and cause deviations from the expected kinetic Alfv&#x000E9;n mode ratios (e.g., [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>]). Numerical simulations would play an important role to identify the linear and non-linear modes when the kinetic Alfv&#x000E9;n mode evolves into turbulence and to properly associate the transport ratios with various wave modes.</p>
<p>Our study is based on the linear-mode wave properties, in which fluctuation amplitudes are assumed to be sufficiently lower than the mean magnetic field and the waves do not interact with one another (otherwise wave-wave interactions can in general produce forced or pumped waves that differ from the linear mode of the system. Under what condition the mean magnetic field may be treated as a homogeneous and time-stationary field will be an important question when working on the spacecraft data In the case of strong turbulence, fluid non-linearities (eddies and coherent structures) play a more important role.</p>
</sec>
<sec id="s4">
<title>Author Contributions</title>
<p>YN worked on the calculations and manuscript writing. OR, ZV, and MH worked on the discussion of the wave properties and finalization of the manuscript.</p>
</sec>
<sec id="s5">
<title>Conflict of Interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
</body>
<back>
<ack><p>YN thanks the research and administration staff members of the Hoshino laboratory group at the University of Tokyo for discussions, supports, and organizations during the fellowship program and the University of Tokyo Mejirodai International Village for the arrangement and hospitality during the pleasant and productive stay in Tokyo.</p>
</ack>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hasegawa</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Uberoi</surname> <given-names>C</given-names></name></person-group>. <article-title>The Alfv&#x000E9;n Wave</article-title>. <publisher-loc>Oak Ridge, TN</publisher-loc>: <publisher-name>Tech. Inf. Center, US Dept. of Energy</publisher-name> (<year>1982</year>).</citation></ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bale</surname> <given-names>SD</given-names></name> <name><surname>Kellogg</surname> <given-names>PJ</given-names></name> <name><surname>Mozer</surname> <given-names>FS</given-names></name> <name><surname>Horbury</surname> <given-names>TS</given-names></name> <name><surname>R&#x000E8;me</surname> <given-names>H</given-names></name></person-group>. <article-title>Measurement of the electric fluctuation spectrum of magnetohydrodynamic turbulence</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source>. (<year>2005</year>) <volume>94</volume>:<fpage>215002</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.94.215002</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">16090328</pub-id></citation></ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sahraoui</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Goldstein</surname> <given-names>ML</given-names></name> <name><surname>Belmont</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Canu</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Rezeau</surname> <given-names>L</given-names></name></person-group>. <article-title>Three dimensional anisotropic k spectra of turbulence at subproton scales in the solar wind</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source>. (<year>2010</year>) <volume>105</volume>:<fpage>131101</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.105.131101</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">21230758</pub-id></citation></ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Salem</surname> <given-names>CS</given-names></name> <name><surname>Howes</surname> <given-names>GG</given-names></name> <name><surname>Sundkvist</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Bale</surname> <given-names>SD</given-names></name> <name><surname>Chaston</surname> <given-names>CC</given-names></name> <name><surname>Chen</surname> <given-names>CHK</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Identification of kinetic Alfv&#x000E9;n wave turbulence in the solar wind</article-title>. <source>Astrophys J Lett</source>. (<year>2012</year>) <volume>745</volume>:<fpage>L9</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/2041-8205/745/1/L9</pub-id></citation></ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>TenBarge</surname> <given-names>JM</given-names></name> <name><surname>Podesta</surname> <given-names>JJ</given-names></name> <name><surname>Klein</surname> <given-names>KG</given-names></name> <name><surname>Howes</surname> <given-names>GG</given-names></name></person-group>. <article-title>Interpreting magnetic variance anisotropy measurements in the solar wind</article-title>. <source>Astrophys J</source>. (<year>2012</year>) <volume>753</volume>:<fpage>107</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0004-637X/753/2/107</pub-id></citation></ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chen</surname> <given-names>CHK</given-names></name> <name><surname>Boldyrev</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Xia</surname> <given-names>Q</given-names></name> <name><surname>Perez</surname> <given-names>JC</given-names></name></person-group>. <article-title>Nature of subproton scale turbulence in the solar wind</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source>. (<year>2013</year>) <volume>110</volume>:<fpage>225002</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.110.225002</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">23767731</pub-id></citation></ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kiyani</surname> <given-names>KH</given-names></name> <name><surname>Chapman</surname> <given-names>SC</given-names></name> <name><surname>Sahraoui</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Hnat</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>Fauvarque</surname> <given-names>O</given-names></name> <name><surname>Khotyaintsev</surname> <given-names>YV</given-names></name></person-group>. <article-title>Enhanced magnetic compressibility and isotropic scale invariance at sub-ion Larmor scales in solar wind turbulence</article-title>. <source>Astrophys J</source>. (<year>2013</year>) <volume>763</volume>:<fpage>10</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0004-637X/763/1/10</pub-id></citation></ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Roberts</surname> <given-names>OW</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>X</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>B</given-names></name></person-group>. <article-title>Kinetic plasma turbulence in the fast solar wind measured by cluster</article-title>. <source>Astrophys J</source>. (<year>2013</year>) <volume>769</volume>:<fpage>58</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0004-637X/769/1/58</pub-id></citation></ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Howes</surname> <given-names>GG</given-names></name> <name><surname>TenBarge</surname> <given-names>JM</given-names></name> <name><surname>Dorland</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Quataert</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Schekochihin</surname> <given-names>AA</given-names></name> <name><surname>Numata</surname> <given-names>R</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Gyrokinetic simulations of solar wind turbulence from ion to electron scales</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source>. (<year>2011</year>) <volume>107</volume>:<fpage>035004</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.107.035004</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">21838370</pub-id></citation></ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Passot</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Henri</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Laveder</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Sulum</surname> <given-names>PL</given-names></name></person-group>. <article-title>Fluid simulations of ion scale plasmas with weakly distorted magnetic fields</article-title>. <source>Eur Phys J D</source>. (<year>2014</year>) <volume>68</volume>:<fpage>207</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epjd/e2014-50160-1</pub-id></citation></ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>V&#x000E1;sconez</surname> <given-names>CL</given-names></name> <name><surname>Valentini</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Camporeale</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Veltri</surname> <given-names>P</given-names></name></person-group>. <article-title>Vlasov simulations of kinetic Alfv&#x000E9;n waves at proton kinetic scales</article-title>. <source>Phys Plasmas</source>. (<year>2014</year>) <volume>21</volume>:<fpage>112107</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.4901583</pub-id></citation></ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>V&#x000E1;sconez</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Pucci</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Valentini</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Servidio</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Matthaeus</surname> <given-names>WH</given-names></name> <name><surname>Malara</surname> <given-names>F</given-names></name></person-group>. <article-title>Kinetic Alfv&#x000E9;n wave generation by large-scale phase mixing</article-title>. <source>Astrophys J</source>. (<year>2015</year>) <volume>815</volume>:<fpage>7</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0004-637X/815/1/7</pub-id></citation></ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Franci</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Landi</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Matteini</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Verdini</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Hellinger</surname> <given-names>P</given-names></name></person-group>. <article-title>High-resolution hybrid simulations of kinetic plasma turbulence at proton scales</article-title>. <source>Astrophys J</source>. (<year>2015</year>) <volume>812</volume>:<fpage>21</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0004-637X/812/1/21</pub-id></citation></ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Servidio</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Valentini</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Perrone</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Greco</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Califano</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Matthaeus</surname> <given-names>WH</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>A kinetic model of plasma turbulence</article-title>. <source>J Plasma Phys</source>. (<year>2015</year>) <volume>81</volume>:<fpage>325810107</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/S0022377814000841</pub-id></citation></ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Told</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Jenko</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>TenBarge</surname> <given-names>JM</given-names></name> <name><surname>Howes</surname> <given-names>GG</given-names></name> <name><surname>Hammett</surname> <given-names>GW</given-names></name></person-group>. <article-title>Multiscale nature of the dissipation range in gyrokinetic simulations of Alfv&#x000E9;nic turbulence</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source>. (<year>2015</year>) <volume>115</volume>:<fpage>025003</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.115.025003</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">26207474</pub-id></citation></ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cerri</surname> <given-names>SS</given-names></name> <name><surname>Califano</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Jenko</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Told</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Rincon</surname> <given-names>F</given-names></name></person-group>. <article-title>Subproton-scale cascades in solar wind turbulence: driven hybrid-kinetic simulations</article-title>. <source>Astrophys J Lett</source>. (<year>2016</year>) <volume>822</volume>:<fpage>L12</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3847/2041-8205/822/1/L12</pub-id></citation></ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kobayashi</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Sahraoui</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Passot</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Laveder</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Sulem</surname> <given-names>PL</given-names></name> <name><surname>Huang</surname> <given-names>SY</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Three-dimensional simulations and spacecraft observations of sub-ion scale turbulence in the solar wind: influence of Landau damping</article-title>. <source>Astrophys J</source>. (<year>2017</year>) <volume>839</volume>:<fpage>122</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3847/1538-4357/aa67f2</pub-id></citation></ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hughes</surname> <given-names>RS</given-names></name> <name><surname>Gary</surname> <given-names>SP</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Parashar</surname> <given-names>TN</given-names></name></person-group>. <article-title>Kinetic Alfv&#x000E9;n turbulence: electron and ion heating by particle-in-cell simulations</article-title>. <source>Astrophys J Lett</source>. (<year>2017</year>) <volume>847</volume>:<fpage>L14</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3847/2041-8213/aa8b13</pub-id></citation></ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Valentini</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>V&#x000E1;sconez</surname> <given-names>CL</given-names></name> <name><surname>Pezzi</surname> <given-names>O</given-names></name> <name><surname>Servidio</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Malara</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Pucci</surname> <given-names>F</given-names></name></person-group>. <article-title>Transition to kinetic turbulence at proton scales driven by large-amplitude kinetic Alfv&#x000E9;n fluctuations</article-title>. <source>Astron Astrophys</source>. (<year>2017</year>) <volume>599</volume>:<fpage>A8</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1051/0004-6361/201629240</pub-id></citation></ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cerri</surname> <given-names>SS</given-names></name> <name><surname>Kunz</surname> <given-names>MW</given-names></name> <name><surname>Califano</surname> <given-names>F</given-names></name></person-group>. <article-title>Dual phase-space cascades in 3D hybrid-Vlasov-Maxwell turbulence</article-title>. <source>Astrophys J Lett</source>. (<year>2018</year>) <volume>856</volume>:<fpage>L13</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3847/2041-8213/aab557</pub-id></citation></ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Perrone</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Passot</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Laveder</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Valentini</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Sulem</surname> <given-names>PL</given-names></name> <name><surname>Zouganelis</surname> <given-names>I</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Fluid simulations of plasma turbulence at ion scales: comparison with Vlasov-Maxwell simulations</article-title>. <source>Phys Plasmas</source>. (<year>2018</year>) <volume>25</volume>:<fpage>052302</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.5026656</pub-id></citation></ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cerri</surname> <given-names>SS</given-names></name> <name><surname>Franci</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Califano</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Landi</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>Plasma turbulence at ion scales: a comparison between particle in cell and Eulerian hybrid-kinetic approaches</article-title>. <source>J Plasma Phys</source>. (<year>2017</year>) <volume>83</volume>:<fpage>705830202</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/S0022377817000265</pub-id></citation></ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cerri</surname> <given-names>SS</given-names></name> <name><surname>Servidio</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Califano</surname> <given-names>F</given-names></name></person-group>. <article-title>Kinetic cascade in solar-wind turbulence: 3D3V hybrid-kinetic simulations with electron inertia</article-title>. <source>Astrophys J Lett</source>. (<year>2017</year>) <volume>846</volume>:<fpage>L18</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3847/2041-8213/aa87b0</pub-id></citation></ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gro&#x00161;elj</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Cerri</surname> <given-names>SS</given-names></name> <name><surname>Navarro</surname> <given-names>AB</given-names></name> <name><surname>Willmott</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Told</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Loureiro</surname> <given-names>NF</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Fully kinetic versus reduced-kinetic modeling of collisionless plasma turbulence</article-title>. <source>Astrophys J</source>. (<year>2017</year>) <volume>847</volume>:<fpage>28</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3847/1538-4357/aa894d</pub-id></citation></ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Franci</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Landi</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Verdini</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Matteini</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Hellinger</surname> <given-names>P</given-names></name></person-group>. <article-title>Solar wind turbulent cascade from MHD to sub-ion scales: large-size 3D hybrid particle-in-cell simulations</article-title>. <source>Astrophys J</source>. (<year>2018</year>) <volume>853</volume>:<fpage>26</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3847/1538-4357/aaa3e8</pub-id></citation></ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gro&#x00161;elj</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Mallet</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Loureiro</surname> <given-names>NF</given-names></name> <name><surname>Jenko</surname> <given-names>F</given-names></name></person-group>. <article-title>Fully kinetic simulation of 3D kinetic Alfv&#x000E9;n turbulence</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source>. (<year>2018</year>) <volume>120</volume>:<fpage>105101</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.120.105101</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">29570310</pub-id></citation></ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cerri</surname> <given-names>SS</given-names></name> <name><surname>Gro&#x00161;elj</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Franci</surname> <given-names>L</given-names></name></person-group>. <article-title>Kinetic plasma turbulence: recent insights and open questions from 3D3V simulations</article-title>. <source>Front Astron Space Sci</source>. (<year>2019</year>) <volume>6</volume>:<fpage>64</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fspas.2019.00064</pub-id></citation></ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gro&#x00161;elj</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Chen</surname> <given-names>CHK</given-names></name> <name><surname>Mallet</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Samtaney</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Schneider</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Jenko</surname> <given-names>F</given-names></name></person-group>. <article-title>Kinetic turbulence in astrophysical plasmas: waves and/or structures?</article-title> <source>Phys Rev X</source>. (<year>2019</year>) <volume>9</volume>:<fpage>031037</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevX.9.031037</pub-id></citation></ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hollweg</surname> <given-names>JV</given-names></name></person-group>. <article-title>Kinetic Alfv&#x000E9;n wave revisited</article-title>. <source>J Geophys Res</source>. (<year>1999</year>) <volume>104</volume>:<fpage>14811</fpage>&#x02013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/1998JA900132</pub-id></citation></ref>
<ref id="B30">
<label>30.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Stix</surname> <given-names>TH</given-names></name></person-group>. <article-title>Waves in Plasmas</article-title>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>AIP-Press</publisher-name> (<year>1992</year>).</citation></ref>
<ref id="B31">
<label>31.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lysak</surname> <given-names>RL</given-names></name> <name><surname>Lotko</surname> <given-names>W</given-names></name></person-group>. <article-title>On the kinetic dispersion relation for shear Alfv&#x000E9;n waves</article-title>. <source>J Geophys Res</source>. (<year>1996</year>) <volume>101</volume>:<fpage>5085</fpage>&#x02013;<lpage>94</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/95JA03712</pub-id></citation></ref>
<ref id="B32">
<label>32.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Schekochihin</surname> <given-names>AA</given-names></name> <name><surname>Cowley</surname> <given-names>SC</given-names></name> <name><surname>Dorland</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Hammett</surname> <given-names>GW</given-names></name> <name><surname>Howes</surname> <given-names>GG</given-names></name> <name><surname>Quataert</surname> <given-names>E</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Astrophysical gyrokinetics: kinetic fluid turbulent cascades in magnetized weakly collisional plasmas</article-title>. <source>Astrophys J Suppl</source>. (<year>2009</year>) <volume>182</volume>:<fpage>310</fpage>&#x02013;<lpage>77</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0067-0049/182/1/310</pub-id></citation></ref>
<ref id="B33">
<label>33.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bian</surname> <given-names>NH</given-names></name> <name><surname>Kontar</surname> <given-names>EP</given-names></name> <name><surname>Brown</surname> <given-names>JC</given-names></name></person-group>. <article-title>Parallel electric field generation by Alfv&#x000E9;n wave turbulence</article-title>. <source>Astron Astrophys</source>. (<year>2010</year>) <volume>519</volume>:<fpage>A113</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1051/0004-6361/201014048</pub-id></citation></ref>
<ref id="B34">
<label>34.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Boldyrev</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Horaites</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Xia</surname> <given-names>Q</given-names></name> <name><surname>Perez</surname> <given-names>JC</given-names></name></person-group>. <article-title>Toward a theory of astrophysical plasma turbulence at subproton scales</article-title>. <source>Astrophys J</source>. (<year>2013</year>) <volume>777</volume>:<fpage>41</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0004-637X/777/1/41</pub-id></citation></ref>
<ref id="B35">
<label>35.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hunana</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Zank</surname> <given-names>GP</given-names></name></person-group>. <article-title>Inhomogeneous nearly incompressible description of magnetohydrodynamic turbulence</article-title>. <source>Astrophys J</source>. (<year>2010</year>) <volume>718</volume>:<fpage>148</fpage>&#x02013;<lpage>67</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0004-637X/718/1/148</pub-id></citation></ref>
<ref id="B36">
<label>36.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Passot</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Sulem</surname> <given-names>PL</given-names></name></person-group>. <article-title>Imbalanced kinetic Alfv&#x000E9;n wave turbulence: from weak turbulence theory to nonlinear diffusion models for the strong regime</article-title>. <source>J Plasma Phys</source>. (<year>2019</year>) <volume>85</volume>:<fpage>905850301</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/S0022377819000187</pub-id></citation></ref>
<ref id="B37">
<label>37.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Montgomery</surname> <given-names>MD</given-names></name></person-group>. <article-title>Average thermal characteristics of solar wind electrons</article-title>. In: <person-group person-group-type="editor"><name><surname>Sonett</surname> <given-names>CP</given-names></name> <name><surname>Coleman</surname> <given-names>PJ</given-names></name> <name><surname>Wilcox</surname> <given-names>JM</given-names></name></person-group>, editors. Solar Wind. <publisher-loc>Washington, DC</publisher-loc>: <publisher-name>Scientific and Technical Information Office, National Aeronautics and Space Administration</publisher-name> (<year>1972</year>). p. <fpage>208</fpage>.</citation></ref>
<ref id="B38">
<label>38.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wilson</surname> <given-names>LB</given-names> <suffix>III</suffix></name> <name><surname>Stevens</surname> <given-names>ML</given-names></name> <name><surname>Kasper</surname> <given-names>JC</given-names></name> <name><surname>Klein</surname> <given-names>KG</given-names></name> <name><surname>Maruca</surname> <given-names>BA</given-names></name> <name><surname>Bale</surname> <given-names>SD</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>The statistical properties of solar wind temperature parameters near 1 au</article-title>. <source>Astrophys J Suppl</source>. (<year>2018</year>) <volume>236</volume>:<fpage>41</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3847/1538-4365/aab71c</pub-id></citation></ref>
<ref id="B39">
<label>39.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Perschke</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Narita</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Motschmann</surname> <given-names>U</given-names></name> <name><surname>Glassmeier</surname> <given-names>KH</given-names></name></person-group>. <article-title>Multi-spacecraft observations of linear modes sideband waves in ion-scale solar wind turbulence</article-title>. <source>Astrophys J Lett</source>. (<year>2014</year>) <volume>793</volume>:<fpage>L25</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/2041-8205/793/2/L25</pub-id></citation></ref>
<ref id="B40">
<label>40.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Roberts</surname> <given-names>OW</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>X</given-names></name> <name><surname>Jeska</surname> <given-names>L</given-names></name></person-group>. <article-title>A statistical study of the solar wind turbulence at ion kinetic scales using the k-filtering and cluster data</article-title>. <source>Astrophys J</source>. (<year>2015</year>) <volume>802</volume>:<fpage>2</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0004-637X/802/1/2</pub-id></citation></ref>
<ref id="B41">
<label>41.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Boldyrev</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Perez</surname> <given-names>JC</given-names></name></person-group>. <article-title>Spectrum of kinetic-Alfv&#x000E9;n turbulence</article-title>. <source>Astrophys J Lett</source>. (<year>2012</year>) <volume>758</volume>:<fpage>L44</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/2041-8205/758/2/L44</pub-id></citation></ref>
<ref id="B42">
<label>42.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Goldreich</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Sridhar</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>Toward a theory of interstellar turbulence. II. Strong Alfv&#x000E9;nic turbulence</article-title>. <source>Astrophys J</source>. (<year>1995</year>) <volume>438</volume>:<fpage>763</fpage>&#x02013;<lpage>75</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1086/175121</pub-id></citation></ref>
<ref id="B43">
<label>43.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gary</surname> <given-names>SP</given-names></name></person-group>. <article-title>Low-frequency waves in a high-beta collisionless plasma: polarization, compressibility, and helicity</article-title>. <source>J Plasma Phys</source>. (<year>1986</year>) <volume>35</volume>:<fpage>431</fpage>&#x02013;<lpage>47</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/S0022377800011442</pub-id></citation></ref>
<ref id="B44">
<label>44.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Pucci</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>V&#x000E1;sconez</surname> <given-names>CL</given-names></name> <name><surname>Pezzi</surname> <given-names>O</given-names></name> <name><surname>Servidio</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Valentini</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Matthaeus</surname> <given-names>WH</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>From Alfv&#x000E9;n waves to kinetic Alfv&#x000E9;n waves in an inhomogeneous equilibrium structure</article-title>. <source>J Geophys Res Space Phys</source>. (<year>2016</year>) <volume>121</volume>:<fpage>1024</fpage>&#x02013;<lpage>45</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/2015JA022216</pub-id></citation></ref>
<ref id="B45">
<label>45.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Comi&#x0015F;el</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Narita</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Motschmann</surname> <given-names>U</given-names></name></person-group>. <article-title>Alfv&#x000E9;n wave evolution into magnetic filaments in 3-D space plasma</article-title>. <source>Earth Planet Space</source>. (<year>2020</year>) <volume>72</volume>:<fpage>32</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1186/s40623-020-01156-8</pub-id></citation></ref>
<ref id="B46">
<label>46.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cerri</surname> <given-names>SS</given-names></name> <name><surname>Califano</surname> <given-names>F</given-names></name></person-group>. <article-title>Reconnection and small-scale fields in 2D-3V hybrid-kinetic driven turbulence simulations</article-title>. <source>New J Phys</source>. (<year>2017</year>) <volume>19</volume>:<fpage>025007</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1367-2630/aa5c4a</pub-id></citation></ref>
<ref id="B47">
<label>47.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Arzamasskiy</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Kunz</surname> <given-names>MW</given-names></name> <name><surname>Chandran</surname> <given-names>BDG</given-names></name> <name><surname>Quataert</surname> <given-names>E</given-names></name></person-group>. <article-title>Hybrid-kinetic simulations of ion heatingin Alfv&#x000E9;nic turbulence</article-title>. <source>Astrophys J</source>. (<year>2019</year>) <volume>879</volume>:<fpage>53</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3847/1538-4357/ab20cc</pub-id></citation></ref>
<ref id="B48">
<label>48.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sahraoui</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Goldstein</surname> <given-names>ML</given-names></name> <name><surname>Robert</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Khotyaintsev</surname> <given-names>YV</given-names></name></person-group>. <article-title>Evidence of a cascade and dissipation of solar-wind turbulence at the electron gyroscale</article-title>. <source>Phys Res Lett</source>. (<year>2009</year>) <volume>102</volume>:<fpage>231102</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhyRevLett.102.231102</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">19658919</pub-id></citation></ref>
<ref id="B49">
<label>49.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Alexandrova</surname> <given-names>O</given-names></name> <name><surname>Carbone</surname> <given-names>V</given-names></name> <name><surname>Veltri</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Sorriso-Valvo</surname> <given-names>L</given-names></name></person-group>. <article-title>Small-scale energy cascade of the solar wind turbulence</article-title>. <source>Astrophys J</source>. (<year>2008</year>) <volume>674</volume>:<fpage>1153</fpage>&#x02013;<lpage>7</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1086/524056</pub-id></citation></ref>
</ref-list>
<app-group>
<app id="A1">
<title>Appendix A: Polarization, Hall, and Diamagnetic Currents</title>
<p>Polarization current is expressed by the dielectric response as <inline-formula><mml:math id="M123"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. The polarization current originates in the ion polarization drift velocity, for example in the x direction, as</p>
<disp-formula id="E81"><label>(78)</label><mml:math id="M124"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>m</italic><sub>i</sub> is the ion mass, <italic>q</italic> the electric charge of ions. The polarization current is thus expressed as</p>
<disp-formula id="E82"><label>(79)</label><mml:math id="M125"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E83"><label>(80)</label><mml:math id="M126"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E84"><label>(81)</label><mml:math id="M127"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The corresponding conductivity is &#x003C3;<sub>p</sub></p>
<disp-formula id="E85"><label>(82)</label><mml:math id="M128"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and the dielectric response &#x003F5;<sub>p</sub> is obtained from the conductivity as</p>
<disp-formula id="E86"><label>(83)</label><mml:math id="M129"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E87"><label>(84)</label><mml:math id="M130"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Hall current (for example in the y direction) is associated with the electric field (in the x direction) through:</p>
<disp-formula id="E88"><label>(85)</label><mml:math id="M131"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>n</italic><sub>e</sub> is the electron number density and <italic>e</italic> the electron charge. Using the quasi-neutrality, one may interpret the electron density nearly as ion density, <italic>n</italic><sub>e</sub> &#x02243; <italic>n</italic><sub>i</sub>. Equation (85) then yields the conductivity in the following form</p>
<disp-formula id="E89"><label>(86)</label><mml:math id="M132"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and the dielectric response as</p>
<disp-formula id="E90"><label>(87)</label><mml:math id="M133"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E91"><label>(88)</label><mml:math id="M134"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E92"><label>(89)</label><mml:math id="M135"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Diamagnetic current is associated with the pressure gradient as</p>
<disp-formula id="E93"><label>(90)</label><mml:math id="M136"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Using the expression of pressure (for ions) <italic>p</italic><sub>i</sub> &#x0003D; &#x003B3;<sub>i</sub><italic>n</italic><sub>i</sub><italic>k</italic><sub>B</sub><italic>T</italic><sub>i</sub> and estimating the density fluctuation through the continuity equation with polarization drift and frozen-in magnetic field ([<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>])</p>
<disp-formula id="E94"><label>(91)</label><mml:math id="M137"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>the diamagnetic current in the y direction can be associated with <italic>E</italic><sub>x</sub> as</p>
<disp-formula id="E95"><label>(92)</label><mml:math id="M138"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The conductivity and dielectric response are, respectively,</p>
<disp-formula id="E96"><label>(93)</label><mml:math id="M139"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E97"><label>(94)</label><mml:math id="M140"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E98"><label>(95)</label><mml:math id="M141"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</app>
<app id="A2">
<title>Appendix B: Dielectric Tensor Calculations</title>
<p>The dispersion tensor elements are as follows.</p>
<disp-formula id="E99"><label>(96)</label><mml:math id="M142"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xx</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xx</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E100"><label>(97)</label><mml:math id="M143"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E101"><label>(98)</label><mml:math id="M144"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E102"><label>(99)</label><mml:math id="M145"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E103"><label>(100)</label><mml:math id="M146"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E104"><label>(101)</label><mml:math id="M147"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E105"><label>(102)</label><mml:math id="M148"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E106"><label>(103)</label><mml:math id="M149"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>th</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E107"><label>(104)</label><mml:math id="M150"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>yx</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E108"><label>(105)</label><mml:math id="M151"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E109"><label>(106)</label><mml:math id="M152"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>yy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>yy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E110"><label>(107)</label><mml:math id="M153"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>yz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>yz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E111"><label>(108)</label><mml:math id="M154"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E112"><label>(109)</label><mml:math id="M155"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E113"><label>(110)</label><mml:math id="M156"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>zx</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E114"><label>(111)</label><mml:math id="M157"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>zy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>yz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E115"><label>(112)</label><mml:math id="M158"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>zz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>zz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E116"><label>(113)</label><mml:math id="M159"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>De</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The electric field polarization is evaluated as:</p>
<disp-formula id="E117"><label>(114)</label><mml:math id="M160"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xx</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>yz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>yx</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>yy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>yz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E118"><label>(115)</label><mml:math id="M161"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>yx</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xx</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>yz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>yy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>yz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E119"><label>(116)</label><mml:math id="M162"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xy</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E121"><label>(117)</label><mml:math id="M164"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The parallel electric field in ratio to the in-plane perpendicular electric field is evaluated as:</p>
<disp-formula id="E123"><label>(118)</label><mml:math id="M166"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>zx</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xx</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>zy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>zy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>zz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E124"><label>(119)</label><mml:math id="M167"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>zx</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xx</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>zy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>zz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>zy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E125"><label>(120)</label><mml:math id="M168"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xy</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xx</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>zz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>xz</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E126"><label>(121)</label><mml:math id="M169"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>th</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>th</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The magnetic field polarization is evaluated using Equations (117) and (121) as:</p>
<disp-formula id="E128"><label>(122)</label><mml:math id="M171"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E129"><label>(123)</label><mml:math id="M172"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo stretchy="true">[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>th</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>3</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>th</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mtext>A</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mtext>A</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The parallel magnetic field relative to the out-of-plane component is obtained from Equations(42) to (123) as:</p>
<disp-formula id="E131"><label>(124)</label><mml:math id="M174"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E132"><label>(125)</label><mml:math id="M175"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>gi</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</app>
</app-group>
<fn-group>
<fn fn-type="financial-disclosure"><p><bold>Funding.</bold> The work by YN was financially supported by the Austrian Space Applications Programme (ASAP) at the Austrian Research Promotion Agency under contract 853994 and 865967. YN also acknowledges financial support by the Japan Society for the Promotion of Science, Invitational Fellowship for Research in Japan (Long-term) under grant FY2019 L19527. The work by ZV was supported by the Austrian Science Fund (FWF) project P28764-N27.</p>
</fn>
</fn-group>
</back>
</article>