We report on a comparative study of spin Hall related effects and magnetoresistance in YIG|Pt and YIG|Ta bilayers. These combined measurements allow to estimate the characteristic transport parameters of both Pt and Ta layers juxtaposed to YIG: the spin mixing conductance $G_{\uparrow \downarrow}$ at the YIG$|$normal metal interface, the spin Hall angle $Θ_{SH}$, and the spin diffusion length $λ_{sd}$ in the normal metal. The inverse spin Hall voltages generated in Pt and Ta by the pure spin current pumped from YIG excited at resonance confirm the opposite signs of spin Hall angles in these two materials. Moreover, from the dependence of the inverse spin Hall voltage on the Ta thickness, we extract the spin diffusion length in Ta, found to be $λ_{sd}^\text{Ta}=1.8\pm0.7$ nm. Both the YIG|Pt and YIG|Ta systems display a similar variation of resistance upon magnetic field orientation, which can be explained in the recently developed framework of spin Hall magnetoresistance.
Impact of the interface quality of Pt/YIG(111) hybrids on their spin Hall magnetoresistance
研究了Pt/$_3$(111)杂化材料的界面质量对其自旋霍尔磁电阻的影响。这是通过在Pt沉积之前将Y $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$(111)单晶衬底暴露于不同的良好限定的表面处理来实现的。通过反射高能电子衍射和俄歇电子能谱监测\textit{in-situ}以及通过原子力显微镜和X射线衍射监测\textit{ex-situ}的Y $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$(YIG)表面、Pt/YIG界面和Pt层的质量。为了确定不同的表面处理对自旋霍尔磁阻的影响,在室温下进行角度依赖性磁阻测量。最大的自旋霍尔磁电阻被发现在Pt/YIG制造的两步表面处理组成的“食人鱼”蚀刻过程,然后在$500^\circ$ C在纯氧气氛中退火步骤。我们的数据表明,小SMR在Pt/YIG没有任何表面处理的YIG衬底之前,Pt沉积是由相当大的碳团聚在Y $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$表面。
Competing effects at Pt/YIG interfaces: spin Hall magnetoresistance, magnon excitations and magnetic frustration
研究了界面修饰后Pt/Y3 Fe 5 O 12(YIG)基器件的自旋霍尔磁电阻(SMR)和磁振子自旋输运(MST)。我们的测量结果表明,YIG薄膜的表面处理的结果在一个轻微的增强自旋混合电导和一个非凡的增加在室温下的自旋到磁振子激发的效率。YIG薄膜的表面在低温下会产生表面磁阻挫,导致SMR的符号变化和MST的显著抑制。我们的研究结果表明,SMR和MST可用于探索表面的磁性,包括那些具有复杂的磁性纹理,并强调非磁性/铁磁界面特性的关键重要性,在所得到的自旋电子器件的性能。
The effect of inserted NiO layer on spin-Hall magnetoresistance in Pt/NiO/YIG heterostructures
利用自旋霍尔磁电阻(SMR)研究了Pt/NiO/Y $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$(Pt/NiO/YIG)异质结中反铁磁绝缘层(AFMI)的自旋电流输运.通过插入AFMI NiO层,SMR通过将温度降低到NiO的反铁磁有序状态而显著降低,这意味着AFM有序阻止而不是促进自旋电流输运。另一方面,YIG对Pt磁矩的磁邻近效应(MPE)与Pt中的自旋霍尔效应(SHE)纠缠在一起,可以有效地屏蔽这种效应,通过NiO的插入可以得到纯SMR。与其他反铁磁金属(AFM)或非铁磁金属(NM)相比,NiO的插入具有有效阻挡MPE和将自旋电流从Pt传输到YIG的双重作用。
Investigation of anomalous-Hall and spin-Hall effects of antiferromagnetic IrMn sandwiched by Pt and YIG layers
本文研究了Pt/Ir 20 Mn 80/Y3 Fe 5 O 12(Pt/IrMn/YIG)异质结的非线性霍尔电阻(AHR)、各向异性磁电阻(AMR)和磁化强度随温度和IrMn层厚度的变化关系。与Pt/YIG双层膜相比,AHR的幅度显著增强。在较高的温度下,增强更加深刻,并且在IrMn厚度为3 nm处达到峰值。在10-300 K的温度范围内观察到的自旋霍尔磁电阻(SMR)表明,在Pt层中产生的自旋电流可以穿透IrMn层的整个厚度与YIG层相互作用。传统的各向异性磁阻(CAMR)的缺乏意味着插入的IrMn层之间的Pt和YIG有效地抑制了磁邻近效应(MPE)上的感应Pt的时刻由YIG。我们的研究结果表明,在Pt/IrMn/YIG异质结构中的InMn插入的双重作用是阻止MPE和传输Pt和YIG层之间的自旋电流。我们讨论了增强AHR的可能机制。
Anomalous Hall-like transverse magnetoresistance in Au thin films on Y$_3$Fe$_5$O$_{12}$
铂与磁性绝缘体接触时的异常霍尔信号是常见的观测结果,可以用邻近磁化或自旋霍尔磁阻来解释。在这项工作中,纵向和横向的磁阻测量的纯金薄膜上的亚铁磁绝缘体Y $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$(钇铁石榴石,YIG)。我们发现,无论是纵向和横向的磁阻有定量一致的缩放YIG/Au和YIG/Pt参考系时,应用自旋霍尔磁阻框架。由于磁邻近效应而引起的反常霍尔效应的贡献是不明显的。
Observation of spin-orbit magnetoresistance in metallic thin films on magnetic insulators
由Rashba自旋轨道相互作用引起的磁阻效应被预测,但尚未观察到,在由正常金属和铁磁绝缘体组成的双层膜。在这里,我们提出了一个实验观察这种新型的自旋-轨道磁电阻(SOMR)效应的双层结构Cu[Pt]/Y3 Fe 5 O 12(YIG),其中Cu/YIG界面装饰有纳米尺寸的Pt岛。这种新的MR显然不是由体自旋-轨道相互作用引起的,因为Cu中的自旋-轨道相互作用可以忽略,Pt岛的不连续性。当Pt岛不存在或远离Cu/YIG界面时,SOMR消失,因此我们可以明确地将其归因于Pt装饰增强的界面处的Rashba自旋轨道相互作用。数值模拟结果与SOMR实验结果在磁场的角度依赖性和Cu厚度依赖性方面一致。我们的研究结果表明,实现自旋操纵的接口工程。
Exchange magnetic field torques in YIG/Pt bilayers observed by the spin-Hall magnetoresistance
利用自旋霍尔磁阻(SMR)测量了钇铁石榴石薄膜对Pt薄膜自旋积累的有效场力矩。结果,可以电测量铁磁绝缘层的磁化方向。实验的横向和纵向电阻是很好地描述的SMR的理论模型的直接和逆自旋霍尔效应,对于不同的Pt厚度[3,4,8和35 nm]。采用Pt的自旋霍尔角$θ_{SH}=0.08$,得到了Pt的自旋扩散长度($λ=1.1\pm0.3$ nm)以及自旋混合电导的实部($G_r=(7\pm3)\times10^{14}Ω^{-1}$ m $^{-2}$)和虚部($G_i=(5\pm3)\times10^{13}Ω^{-1}$ m $^{-2}$)及其比值($G_r/G_i=16\pm4$).
Relative weight of the inverse spin Hall and spin rectification effects for metallic Py,Fe/Pt and insulating YIG/Pt bilayers estimated by angular dependent spin pumping measurements
Estimation of spin-orbit torques in the presence of current-induced magnon creation and annihilation
Université de Strasbourg, CNRS, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg(斯特拉斯堡大学,法国国家科学研究中心,斯特拉斯堡材料与化学物理研究所);ETH Zurich(苏黎世联邦理工学院);Politecnico di Milano(米兰理工大学)
Bias voltage effects on tunneling magnetoresistance in Fe/MgAl${}_2$O${}_4$/Fe(001) junctions: Comparative study with Fe/MgO/Fe(001) junctions
研究了偏压对Fe/MgAl ${}_2$ O ${}_4$ /Fe(001)磁隧道结自旋相关输运性质的影响,并与Fe/MgO/Fe(001)磁隧道结进行了比较.利用非平衡格林函数方法和密度泛函理论计算了两种MTJ的磁电阻比随偏压的变化关系。我们发现,在这两种MTJ,MR比随着偏置电压的增加而减小,并最终在临界偏置电压$V_{\rm c}$处消失。我们还发现,MgAl ${}_2$ O ${}_4$基MTJ的临界偏置电压$V_{\rm c}$明显大于MgO基MTJ的临界偏置电压。由于Fe/MgAl ${}_2$ O ${}_4$ /Fe(001)超晶胞的面内晶格常数是Fe/MgO/Fe(001)超晶胞的面内晶格常数的两倍,因此MgAl ${}_2$ O ${}_4$基MTJ中的Fe电极具有与通过在面内波矢量的布里渊区中折叠MgO基MTJ的Fe能带结构而获得的能带结构相同的能带结构。我们表明,这种差异在Fe能带结构的起源之间的MgAl ${}_2$ O ${}_4$和MgO为基础的MTJ的临界偏置电压$V_{\rm c}$的差异。
Observation of Ultrafast Coherent and Incoherent Spin Torques via Terahertz Spin-Hall Magnetoresistance
Charles University(查理大学);University of Konstanz(康斯坦茨大学);Freie Universität Berlin(柏林自由大学);Czech Academy of Sciences(捷克科学院);Max Born Institute for Nonlinear Optics and Short Pulse Spectroscopy(马克斯·玻恩非线性光学和短脉冲光谱研究所);Johannes Gutenberg-Universität Mainz(美因茨约翰内斯·古腾堡大学);Fudan University(复旦大学);Shanghai Research Center for Quantum Sciences(上海量子科学研究中心);Martin-Luther-Universität, Halle(哈雷马丁·路德大学)