Correlation between structural and magnetic properties of epitaxial YIG films by pulsed laser deposition
UNIV DE SANTIAGO DE COMPOSTELA（圣地亚哥德孔波斯特拉大学）
José Diogo Costa, N. Claessens, Giacomo Talmelli, Davide Tierno, F. Amar, Thibaut Devolder, Matthijn Dekkers, Florin Ciubotaru, Christoph Adelmann
备注：
21 pages, 4 figures. This work has received funding from the Horizon Europe research and innovation program within the project "Spider" (grant agreement no. 101070417) as well as within the MSCA-IF project "Neuromag" (grant agreement no. 793346)
In this study, we investigate the relationships between film growth conditions, crystalline microstructure, and magnetic properties of epitaxial Yttrium Iron Garnet (Y$_3$Fe$_5$O$_{12}$, YIG) thin films, deposited on Gallium Gadolinium Garnet (Ga$_3$Gd$_5$O$_{12}$, GGG). A direct correlation was observed between the residual epitaxial strain, bulk magnetic properties like saturation magnetization and magnetic damping), and the performance of spin-wave transmission devices based on these films. This correlation offers a pathway for a simplified, rapid assessment of YIG film quality, avoiding the need for complex time-consuming characterization techniques. In addition, we report a comprehensive investigation into the influence of pulsed-laser deposition parameters, including deposition temperature, pressure, laser fluence, frequency, and annealing conditions. Through systematic deposition optimization, state-of-the-art YIG films exhibiting ultralow magnetic damping could be obtained, which is critical for high-performance spintronic applications.
Coupled spin dynamics in epitaxial trilayer heterostructures of ferrimagnetic garnet
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Politecnico di Milano（米兰理工大学）；Northeastern University（东北大学）；Brno University of Technology（布尔诺理工大学）；Heriot-Watt University（赫瑞瓦特大学）
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。
An integrated approach to doped thin films with strain tunable magnetic anisotropy: Powder synthesis, target preparation and pulsed laser deposition of Bi:YIG
Interface-resolved structural properties of epitaxial Y$_3$Fe$_5$O$_{12}$/ Gd$_3$Fe$_5$O$_{12}$ bilayers grown on GGG(111) by pulsed laser deposition
National Institute of Science Education and Research（印度科学教育研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）；Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology（加泰罗尼亚纳米科学与技术研究所）
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.
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。
Epitaxial stabilization of pulsed laser deposited Sr$_{n+1}$Ir$_n$O$_{3n+1}$ thin films: entangled effect of growth dynamics and strain
Ir $^{4+}$层状氧化物中电子关联、晶场分裂和自旋-轨道耦合的微妙平衡可以产生新的电子和磁性相。这一领域的实验进展依赖于这些氧化物的外延膜的合成。然而，具有优异结构质量的层状虹彩晶体的生长是一个巨大的实验挑战。在这里，我们选择性地生长高质量的单相薄膜的Sr $_2$ IrO $_4$，Sr $_3$ Ir $_2$ O $_7$，和SrIrO $_3$在各种衬底上从一个单一的Sr $_3$ Ir $_2$ O $_7$目标通过调整背景氧压力和外延应变。我们证明了薄膜沉积过程中生长动力学和应变之间复杂的相互作用。这种相互作用导致在相同的生长条件下生长在不同衬底上的膜中的不同相的稳定，这不能用简单的动力学模型来解释。我们进一步研究了这三个阶段的热电性能，并提出，弱本地化是负责低温激活电阻率观察SrIrO $_3$压缩应变下。
Trends in Bandgap of Epitaxial $\textit{A}$$_2$$\textit{B}$$_2$O$_7$ ($\textit{A}$ = Sn, Pb; $\textit{B}$ = Nb, Ta) Films Fabricated by Pulsed Laser Deposition
烧绿石氧化物$A_2B_2$ O $_7$由于其独特的晶体结构而成为凝聚态物理学中一个富有成果的研究领域。特别是关注$A$位四面体亚晶格，特别是烧绿石氧化物$A_2B_2$ O $_7$（$A$ = Sn，Pb和$B$ = Nb，Ta），最近的理论研究预测了“准平带”结构的出现，这是填充的$A$ -n $s$和O-2 $p$轨道之间的强杂化的结果.在本工作中，我们建立了在Y稳定的ZrO $_2$（111）衬底上脉冲激光沉积Sn $_2$ Nb $_2$ O $_7$、Sn $_2$ Ta $_2$ O $_7$、Pb $_2$ Nb $_2$ O $_7$和Pb $_2$ Ta $_2$ O $_7$薄膜的生长条件，以阐明它们的光学性质。对于直接和间接带隙，吸收边能量均按以下顺序增加：Sn $_2$ Nb $_2$ O $_7$、Sn $_2$ Ta $_2$ O $_7$、Pb $_2$ Nb $_2$ O $_7$和Pb $_2$ Ta $_2$ O $_7$。这种倾向可以通过考虑组成元素的能级来很好地解释。直接带隙和间接带隙之间的差异的比较揭示了Pb $_2B_2$ O $_7$倾向于具有比Sn $_2B_2$ O $_7$更少色散的价带。我们的研究结果与理论预测一致，并表明在这类化合物中普遍存在杂化态。
X-ray diffraction analysis to support phase identification in FeSe and Fe$_7$Se$_8$ epitaxial thin films
对脉冲激光沉积（PLD）法生长的硒化铁薄膜进行了X射线衍射（XRD）分析。该薄膜含有双外延结构的$β$ -FeSe和Fe $_7$ Se $_8$相，其中$β$ -FeSe相（001）在（001）MgO生长衬底上取向。Fe $_7$ Se $_8$在一定的生长条件下同时呈现两种不同的外延取向，表现出（101）-和（001）-取向。这些取向中的每一个都用所提供的XRD数据进行了验证。另外，示出了用于确定PLD靶组成以及$β$ -FeSe相的镶嵌结构的XRD数据。
Magnetic coupling in Y$_3$Fe$_5$O$_{12}$/Gd$_3$Fe$_5$O$_{12}$ heterostructures
铁磁材料Y $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$（YIG）由于其极低的阻尼而成为研究磁振子性质的原型材料。通过用具有净磁矩的其他稀土元素代替钇，我们可以引入额外的自旋自由度。本文研究了脉冲激光外延生长的$_3$ Fe $_5$ O $_{12}$ /$_3$ Fe $_5$ O $_{12}$（YIG/GIG）异质结中的磁耦合。通过体敏磁强计、表面敏自旋Seebeck效应（SSE）和自旋霍尔磁电阻（SMR）测量，我们确定了异质结构的磁化强度随温度和外加磁场的变化规律。YIG和GIG的Fe子晶格之间的铁磁耦合主导了异质结构的整体行为。由于温度依赖的钆矩，可以确定整个双层系统的磁补偿点。随着YIG厚度的增加，由于铁力矩的平行排列，该补偿点向较低温度移动。我们表明，我们可以通过调整各层的厚度来控制异质结构的磁性，为基于耦合磁绝缘体的磁振子器件开辟了一个大的运动场。这些器件可以潜在地控制类似于巨磁阻器件中的电子输运的磁振子输运。
