We report measurements on yttrium iron garnet (YIG) thin films grown on both gadolinium gallium garnet (GGG) and yttrium aluminium garnet (YAG) substrates, with and without thin Pt top layers. We provide three principal results: the observation of an interfacial region at the Pt/YIG interface, we place a limit on the induced magnetism of the Pt layer and confirm the existence of an interfacial layer at the GGG/YIG interface. Polarised neutron reflectometry (PNR) was used to give depth dependence of both the structure and magnetism of these structures. We find that a thin film of YIG on GGG is best described by three distinct layers: an interfacial layer near the GGG, around 5 nm thick and non-magnetic, a magnetic bulk phase, and a non-magnetic and compositionally distinct thin layer near the surface. We theorise that the bottom layer, which is independent of the film thickness, is caused by Gd diffusion. The top layer is likely to be extremely important in inverse spin Hall effect measurements, and is most likely Y2O3 or very similar. Magnetic sensitivity in the PNR to any induced moment in the Pt is increased by the existence of the Y2O3 layer; any moment is found to be less than 0.02 uB/atom.
在沿薄膜平面旋转的磁场中测量了IrMn在钇铁石榴石(YIG = Y3 Fe 5 O 12)上的平面霍尔效应。YIG/IrMn双层膜在不同温度下的平面霍尔电阻(PHR)随磁场角的变化规律,而GGG/IrMn(GGG= Gd 3Ga 5 O 12)在10 K和300 K下的平面霍尔电阻随磁场角的变化规律不变。这为IrMn具有界面自旋提供了证据,在YIG/IrMn结构中,界面自旋可以由FM引导。在10 K时,YIG/IrMn薄膜的PHR-磁场角曲线出现了磁滞现象,表明IrMn界面自旋在低温下发生了不可逆的反转.
Thermal conductance of thin film YIG determined using Bayesian statistics
薄膜钇铁石榴石(YPDMATHABMM Fe $_5$ O $_{12}$)是研究热生纯自旋电流和自旋塞贝克效应的典型材料。3 Ω法是一种已建立的测量薄膜跨平面热导率的技术,但不能以其标准形式用于YIG/GGG(Ga $_3$ Gd $_5$ O $_{12}$)系统。我们使用二维热传输建模,并介绍了一种基于贝叶斯统计的技术,以评估从3 Ω方法的测量数据。我们的分析方法使我们能够研究传统使用的3-omega分析无法访问的材料系统。薄膜YIG的热导率随温度变化的数据对于自旋热电子学领域的实验具有重要意义。在这里,我们显示的数据之间的室温和10 K的薄膜覆盖了很宽的厚度范围,以及磁场效应的热导率在10 K和50 K之间。
An integrated approach to doped thin films with strain tunable magnetic anisotropy: Powder synthesis, target preparation and pulsed laser deposition of Bi:YIG
Perpendicularly magnetized YIG films with small Gilbert damping constant and anomalous spin transport properties
具有垂直磁各向异性(PMA)的Y3 Fe 5 O 12(YIG)薄膜在自旋电子学领域的应用近年来引起了人们的广泛关注。本文报道了在(Gd2.6Ca0.4)(Ga4.1Mg0.25Zr0.65)O 12(SGGG)衬底上外延生长的YIG薄膜在未经预处理的情况下产生的PMA。倒易空间映射表明,薄膜晶格匹配的衬底没有应变弛豫。通过铁磁共振和极化中子反射测量,我们发现这些YIG薄膜具有超低的Gilbert阻尼常数,在YIG/SGGG界面处的磁死层厚度约为0.3nm。此外,与Pt/YIG/Gd 3Ga 5 O 12(GGG)薄膜相比,Pt/YIG/SGGG薄膜的输运行为显示出自旋混合电导的增强和反常霍尔效应的非单调磁场依赖性.在150 ~ 350 K的温度范围内提取了非单调的反常霍尔信号,这可能是由于单轴应变在Pt/YIG界面上产生的非共线磁序引起的.
Induced magneto-transport properties at palladium/yttrium iron garnet interface
由于钯(Pd)的薄层直接沉积在钇铁石榴石或YIG(Y3 Fe 5 O 12)磁性绝缘体膜上,Pd产生了低场和高场磁输运效应,这在单独的Pd或YIG上的厚Pd中是不存在的。Pd的低场磁电阻峰跟踪YIG薄膜的矫顽场,而更大的高场磁电阻和霍尔效应与YIG的体磁化强度没有明显的关系。Pd中的高场磁输运效应是由Pd中的界面局部矩引起的。
Substrate induced magnetic anisotropies and magneto-optical response in YIG nanosized epitaxial films on NdGG(111)
用激光分子束外延方法在Nd 3Ga 5 O 12衬底上生长了Y3 Fe 5 O 12纳米外延薄膜。磁光极性克尔效应、铁磁共振和自旋波传播测量表明,与YIG/GGG系统相比,与应力相关的各向异性场具有相反的符号。这导致了有效磁化强度的显著降低,这为获得具有垂直磁化强度的YIG薄膜以利用前向体自旋波开辟了前景。纵向磁光克尔效应磁强计揭示了一个大的贡献二次磁化条款到介电常数张量在光学频率。这种效果强烈增加,随着温度的降低,并解释了交换耦合到Fe 3+离子的界面Nd 3+离子的磁化。
Localized crystallization of Ce:YIG thin films on Si using CO2 laser annealing for integrated nonreciprocal photonic device applications
National Engineering Research Centre of Electromagnetic Radiation Control Materials, University of Electronic Science and Technology of China(电磁辐射控制材料工程技术研究中心,电子科技大学);State Key Laboratory of Electronic Thin-Films and Integrated Devices, University of Electronic Science and Technology of China(电子薄膜与集成器件国家重点实验室,电子科技大学)
Detection of induced paramagnetic moments in Pt on Y$_3$Fe$_5$O$_{12}$ via x-ray magnetic circular dichroism
用X射线磁圆二色性(XMCD)研究了低温高磁场下铁磁绝缘体$_3$ Fe $_5$ O $_{12}$(YIG)上超薄Pt膜的磁矩.我们观察到一个XMCD信号,由于在Pt $L_{3}$ -和$L_{2}$ -边缘的Pt膜的磁矩。通过元素特异性磁测量,我们发现即使当磁场远大于YIG的饱和磁场时,Pt $L_{3}$ -边缘处的XMCD信号也随着磁场的增加而逐渐增加。重要的是,所观察到的XMCD强度被发现是远远大于预期的强度从泡利顺磁性的Pt时,Pt膜连接到YIG。这些结果暗示了YIG上Pt中感生顺磁矩的出现,并解释了Pt/YIG系统中非常规霍尔效应的特征。
Atomic-scale structure and chemistry of YIG/GGG Interface
Y3 Fe 5 O 12(YIG)是一种很有前途的自旋波器件候选材料。在薄膜器件中,YIG与衬底之间的界面对器件性能起着重要的作用。在这里,我们使用球面像差校正扫描电子显微镜和光谱研究的YIG/Gd 3Ga 5 O 12(GGG)接口的原子排列,化学和电子结构。结果表明,界面的化学键为FeO-GdGaO键,界面的原子结构和电子结构都很清晰。这些结果为理解界面性质和原子计算提供了必要的信息。
Wafer-scale monolithic integration of Ce:YIG films and magneto-optical isolators on silicon
National Engineering Research Centre of Electromagnetic Radiation Control Materials, University of Electronic Science and Technology of China(电磁辐射控制材料国家工程研究中心,电子科技大学);Key Laboratory of Multi-spectral Absorbing Materials and Structures of Ministry of Education, University of Electronic Science and Technology of China(多光谱吸收材料与结构教育部重点实验室,电子科技大学);Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences(中国科学院光电技术研究所);HK Institute of Quantum Science and Technology, University of Hong Kong(香港量子科学研究所,香港大学)
Origin of the thickness-dependent low-temperature enhancement of spin Seebeck effect in YIG films
研究了重金属(HM)/Y3 Fe 5 O 12(YIG)双层膜中纵向自旋Seebeck效应(SSE)随不同磁场强度、不同HM探测材料和YIG厚度(nm ~ mm)的变化.我们证明,这种增强表现出明显的依赖于膜的厚度,更明显的较厚的薄膜和消失的薄膜薄于600 nm。峰值温度取决于所施加的磁场强度以及检测材料和界面,揭示了一个更复杂的行为超出了目前讨论的声子-磁振子耦合机制,只考虑体效应。虽然厚度依赖性和磁场依赖性可以很好地解释的框架中的磁振子驱动的SSE考虑到频率依赖的传播长度的热激发的磁振子在散装材料,SSE的温度依赖性显着影响的界面耦合到相邻的检测层。这表明,以前被忽视的界面效应发挥了关键作用,并在HM中检测到的自旋电流穿过界面,并取决于不同的HM的磁振子频率不同。
Bulk and Interface Effects Based on Rashba-Like States in Ti and Ru Nanoscale-Thick Films: Implications for Orbital-Charge Conversion in Spintronic Devices
Strain-Induced Enhancement of Spin Pumping in Pt/YIG Bilayers
Instituto de Nanociencia y Nanotecnología, CNEA-CONICET(纳米科学与技术研究所);Instituto Sábato, UNSAM(萨巴托研究所);Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón, UNIZAR-CSIC(阿拉贡纳米与材料研究所);Laboratoire Albert Fert, CNRS, Thales, Université Paris-Saclay(阿尔贝·费尔实验室);Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET)(国家科学研究委员会);Instituto Balseiro, CNEA-UNCuyo(巴尔塞罗研究所);Centro Científico y Tecnológico de Valparaíso-CCTVal, Universidad Técnica Federico Santa María(瓦尔帕莱索科技中心);Departamento de Física, Universidad Técnica Federico Santa María(物理系);Instituto de Física del Litoral (CONICET-UNL)(海岸物理研究所);Institute of Environmental Technology, CEET, VSB - Technical University of Ostrava(环境技术研究所);CIC nanoGUNE BRTA(nanoGUNE研究中心);IKERBASQUE, Basque Foundation for Science(伊克尔巴斯克巴斯克科学基金会);Departamento de Física de la Materia Condensada, UNIZAR(凝聚态物理系);Laboratorio de Microscopías Avanzadas, UNIZAR-CSIC(先进显微镜实验室)
Imaging Magnetization Structure and Dynamics in Ultrathin YIG/Pt Bilayers with High Sensitivity Using the Time-Resolved Longitudinal Spin Seebeck Effect
我们展示了一种仪器的时间分辨磁成像,是高度敏感的面内磁化状态和动态的薄膜双层的钇铁石榴石(Y3 Fe 5 O 12,YIG)/Pt:时间分辨纵向自旋Seebeck(TRLSSE)效应显微镜。我们通过聚焦皮秒激光来检测YIG内的局部面内磁取向,以通过自旋Seebeck效应从YIG产生热驱动的自旋电流到Pt中,然后使用Pt中的逆自旋霍尔效应将该自旋电流转换为输出电压。为了建立TRLSSE的时间分辨率,我们表明,图案化的YIG(20 nm)/Pt(6 nm)/Ru(2 nm)线的脉冲光加热产生小于100 ps的磁化相关的电压脉冲。我们证明TRLSSE显微镜图像静态磁结构和千兆赫兹频率的磁共振动力学与亚微米的空间分辨率和磁取向低于0.3 $^{\circ}/\sqrt{\text{Hz}}$的灵敏度在YIG。
Absence of evidence of spin transport through amorphous Y$_3$Fe$_5$O$_{12}$
最近报道了非长程磁序绝缘体中自旋信息的长程输运。在这里,我们执行一个完整的表征非晶Y $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$(a-YIG)的SiO $_2$顶部生长的薄膜。我们证实了一个明确的非晶结构和顺磁行为的a-YIG薄膜,与半导体行为的电阻率,强烈衰减随着温度的升高。非局域输运测量显示出与自旋输运不兼容的信号,并且可以归因于焦耳加热引起的a-YIG电阻率的下降。我们的研究结果强调,探索自旋输运在非晶材料需要仔细的程序,以排除从自旋输运信号的电荷贡献。