Influence of crystallographic anisotropy of unsaturated yttrium iron garnet film on spin injection in platinum film by the mechanism of inverse spin Hall effect

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

Background and Objectives: Thin-film structures of yttrium iron garnet ferrite film – platinum are actively studied due to the possibility of using the direct (for converting electric current in platinum into spin waves in ferrite) and inverse (injection of spin current from ferrite into platinum film) spin Hall effects for application in magnonics and spintronics devices. Materials and Methods: The structures studied in this work were obtained on the basis of yttrium iron garnet films of crystallographic orientations (100) and (111), from which waveguides were cut out, in which spin waves were excited. Their propagation was monitored using a vector network analyzer. A platinum film in the form of stripe oriented along the long axis of the waveguide was fabricated on the surface of the waveguides using magnetron sputtering, photolithography, and ion etching. Spin injection from ferrite film in the platinum film results in electric charge current generation. An experimentally measured value was the electromotive force between contacts to the platinum stripe. It was measured using a synchronous detector. The measurements were carried out at magnetization field values lower than the saturation field of the ferrite film, with the magnetic structure of the film being divided into domains. Results and Conclusions: It has been shown that for both crystallographic orientations the maximum spin injection is achieved when magnetizing the waveguides along the easy magnetization axis and symmetrical domain structure is formed.

Sobre autores

Sergei Vysotskii

Saratov State University; Saratov Branch of Kotelnikov Institute of Radioengineering and Electronics of Russian Academy of Sciences

ORCID ID: 0000-0003-3151-9297
Código SPIN: 2256-2195
410012, Russia, Saratov, Astrakhanskaya street, 83

Mikhail Seleznev

Saratov Branch of Kotelnikov Institute of Radioengineering and Electronics of Russian Academy of Sciences

ORCID ID: 0000-0002-7359-3201
Código SPIN: 8829-6011
38, Zelenaya Str., Saratov 410019, Russia

Gaidar Amakhanov

Saratov Branch of Kotelnikov Institute of Radioengineering and Electronics of Russian Academy of Sciences

ORCID ID: 0009-0003-9998-3384
38, Zelenaya Str., Saratov 410019, Russia

Yury Nikulin

Saratov Branch of Kotelnikov Institute of Radioengineering and Electronics of Russian Academy of Sciences

ORCID ID: 0000-0003-2957-5468
Código SPIN: 3229-9186
38, Zelenaya Str., Saratov 410019, Russia

Bibliografia

  1. Dyakonov M. I., Perel V. I. Current induced spin orientation of electrons in semiconductors // Phys. Lett. A. 1971. Vol. 35, № 6. P. 459–460. https://doi.org/10.1016/0375-9601(71)90196-4
  2. Sandweg C. W., Kajiwara Y., Ando K., Saitoh E., Hillebrands B. Enhancement of the spin pumping efficiency by spin wave mode selection // Appl. Phys. Lett. 2010. Vol. 97, № 25. Art. 252504. https://doi.org/10.1063/1.3528207
  3. Yang F., Hammel P. C. FMR-driven spin pumping in Y3Fe5O12-based structures // Journal of Physics D: Applied Physics. 2018. Vol. 51, № 25. Art. 253001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/aac249
  4. Hirohata A., Yamada K., Nakatani Y., Ioan-Lucian P., Dieny B., Pirro P., Hillebrands B. Review on spintronics: Principles and device applications // JMMM. 2020. Vol. 509, № 12. Art. 166711. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2020.166711
  5. Manuilov S. A., Du C., Adur R., Wang H. L., Bhallamudi V., Yang F., Hammel P. C. Spin pumping from spinwaves in thin film YIG // Appl. Phys. Lett. 2015. Vol. 107, № 4. Art. 042405. https://doi.org/10.1063/1.4927451
  6. Chumak A. V., Serga A. A., Jungfleisch M. B., Neb R., Bozhko D. A., Tiberkevich V. S., Hillebrands B. Direct detection of magnon spin transport by the inverse spin Hall effect // Appl. Phys. Lett. 2012. Vol. 100, № 8. Art. 082405. https://doi.org/10.1063/1.3689787
  7. Jungfleisch M. B., Chumak A. V., Kehlberger A., Lauer V., Kim D. H., Onbasli M. C., Ross C. A., Klaui M., Hillebrands B. Thickness and power dependence of the spin-pumping eject in Y3Fe5O12/Pt heterostructures measured by the inverse spin Hall effect // Phys. Rev. B. 2015. Vol. 91, № 13. Art. 134407. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.91.134407
  8. Kohno R., Thiéry N. M., An K., Noël P., Vila L., Naletov V. V., Beaulieu N., Youssef J. D., Loubens G., Klein O. Enhancement of YIG|Pt spin conductance by local Joule annealing // Appl. Phys. Lett. 2021. Vol. 118, № 3. Art. 032404. https://doi.org/10.1063/5.0028664
  9. Wang J., Wang H., Chen J., Legrand W., Chen P., Sheng L., Xia J., Lan G., Zhang Y., Yuan R., Dong J., Han X., Ansermet J. P., Yu H. Broad-wave-vector spin pumping of flat-band magnons // Phys. Rev. Appl. 2024. Vol. 21, № 4. Art. 044024. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.21.044024
  10. Serha R. O., Bozhko D. A., Agrawal M., Verba R. V., Kostylev M., Vasyuchka V. I., Hillebrands B., Serga A. A. Low-Damping Spin-Wave Transmission in YIG/Pt-Interfaced Structures // Adv. Mater. Interfaces. 2022. Vol. 9, iss. 36. Art. 2201323. https://doi.org/10.1002/admi.202201323
  11. Zhao Y., Yao Y., Chai Y., Zhou Z., Li Y., Guo Y., Lu Q., Liu H., Yang G., Dong G., Peng B., Hu Z., Liu M. Greatly Improved the Tunable Amplitude of Ferromagnetism Based on Interface Effect of Flexible Pt/YIG Heterojunctions // ACS Appl Mater Interfaces. 2024 Vol. 16, iss. 8. P. 10953–10959. https://doi.org/10.1021/acsami.3c17220
  12. Lobanov N., Matveev O., Morozova M. Bragg Resonances in a Yttrium Iron Garnet–Platinum–Yttrium Iron Garnet Layered Structure // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2024. Vol. 88, iss. 2. P. 254–259. https://doi.org/10.1134/S1062873823705330
  13. Yang M., Sun L., Zeng Y., Cheng J., He K., Yang X., Wang Z., Yu L., Niu H., Ji T., Chen G., Miao B., Wang X., Ding H. Highly efficient field-free switching of perpendicular yttrium iron garnet with collinear spin current // Nat. Commun. 2024. Vol. 15. Art. 3201. https://doi.org/10.1038/s41467-024-47577-x
  14. Селезнев М. Е., Никулин Ю. В., Хивинцев Ю. В., Высоцкий С. Л., Кожевников А. В., Сахаров В. К., Дудко Г. М., Филимонов Ю. А. Влияние параметрической неустойчивости на спиновую накачку дипольно-обменными поверхностными магнитостатическими волнами в структурах ЖИГ-Pt // Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2023. Т. 31, № 2. С. 225–242. https://doi.org/10.18500/0869-6632-003032
  15. Высоцкий C. Л., Селезнев М. Е., Никулин Ю. В., Кожевников А. В., Амаханов Г. М., Темирязев А. Г. Детектирование спин-волновых возбуждений доменной структуры в пленке железо-иттриевого граната с помощью обратного спинового эффекта Холла // ФТТ. 2024. Т. 66, № 7. C. 1057–1061. https://doi.org/10.61011/FTT.2024.07.58373.34HH
  16. Вызулин С. А., Киров С. А., Сырьев Н. Е. Волны смещений доменных границ в ферритовой пластинке // Радиотехника и электроника. 1985. Т. 30, № 1. С. 179–181.
  17. Stancil D. D. A magnetostatic wave model for domain wall collective excitation // J. Appl. Phys. 1984. Vol. 56, iss. 6. P. 1775–1779. https://doi.org/10.1063/1.334184
  18. Ramesh M., Jedryka E., Wigen P. E., Shone M. Coupled oscillations of domain-domain wall system in garnet films // J. Appl. Phys. 1985. Vol. 57, iss. 8. P. 3701–3703. https://doi.org/10.1063/1.334995
  19. Киров С. А., Пильщиков А. И., Сырьев Н. Е. Магнитостатические типы колебаний в образце с доменной структурой // ФТТ. 1974. Т. 16, № 10. С. 3051–3056.
  20. Гуревич А. Г., Мелков Г. А. Магнитные колебания и волны. М. : Физматлит, 1994. 464 с.
  21. Берегов А. С., Кудинов Е. В. Магнитостатические волны в произвольно ориентированной пленке кубического ферромагнетика с наведенной анизотропией. Ч. II. Дисперсионные характеристики магнитостатических волн // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. 1987. № 6 (400). С. 8–12.
  22. Селезнев М. Е., Никулин Ю. В., Сахаров В. К., Амаханов Г. М. Спиновая накачка ПМСВ, бегущими в направлениях «легкая» и «трудная» оси намагничивания, в микроструктурах ЖИГ/Pt // XXV Международная конференция «Новое в магнетизме и магнитных материалах» : сб. докладов : в 2 т. Москва, 1–6 июля 2024 г. М. : РТУ МИРЭА, 2024. Т. 1. С. 454–459.
  23. Высоцкий С. Л., Казаков Г. Т., Филимонов Ю. А., Шеин И. В., Хе А. С. Магнитостатические волны в косонамагниченной структуре с двумя ферритовыми слоями ориентации (111) // Радиотехника и электроника. 1990. Т. 35, № 5. С. 959–965.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).