Температурная зависимость спиновой накачки в гетероструктурах Py/Pt, Py/W

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследованы сплошные пленки гетероструктур Py/Pt, Py/W методом ферромагнитного резонанса. Получены температурные зависимости параметра затухания Гильберта и напряжения обратного спинового эффекта Холла (ОСЭХ) в температурном диапазоне 5–290 К. Обнаружено аномальное увеличение параметра затухания Гильберта в районе 50 К и изменение напряжения ОСЭХ. Сделан вывод о том, что увеличение параметра затухания Гильберта имеет спин-орбитальную природу.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. С. Пахомов

МФТИ, Физтех; ООО “Новые спинтронные технологии”

Автор, ответственный за переписку.
Email: a.pakhomov@nst.tech

Центр двумерных материалов и фотоники

Россия, 141701, Долгопрудный, Институтский переулок, 9; 121205, Москва, Большой бульвар, 30, стр.1

П. Н. Скирдков

ООО “Новые спинтронные технологии”; Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук

Email: a.pakhomov@nst.tech
Россия, 121205, Москва, Большой бульвар, 30, стр.1; 119991, ГСП-1, ул. Вавилова, 38, Москва

В. В. Юрлов

МФТИ, Физтех; ООО “Новые спинтронные технологии”

Email: a.pakhomov@nst.tech

Центр двумерных материалов и фотоники

Россия, 141701, Долгопрудный, Институтский переулок, 9; 121205, Москва, Большой бульвар, 30, стр.1

А. И. Чернов

МФТИ, Физтех

Email: a.pakhomov@nst.tech

Центр двумерных материалов и фотоники

Россия, 141701, Долгопрудный, Институтский переулок, 9

К. А. Звездин

ООО “Новые спинтронные технологии”

Email: a.pakhomov@nst.tech
Россия, 121205, Москва, Большой бульвар, 30, стр.1

Список литературы

  1. Azzawi S., Hindmarch A., and Atkinson D. Magnetic Damping Phenomena in Ferromagnetic Thin-films and Multilayers // J. Phys. D: Appl. Phys. 2017. V. 50. No. 473001.
  2. Khvalkovskiy A.V., Apalkov D., Watts S., Chepulskii R., Beach R.S., Ong A., Tang X., Driskill-Smith A., Butler W.H., Visscher P.B. Basic Principles of STT-MRAM cell operation in memory arrays // J. Phys. D: Appl. Phys. 2013. V. 46. No. 074001.
  3. Apalkov D., Khvalkovskiy A., Watts S., Nikitin V., Tang X., Lottis D., Moon K., Luo X., Chen E., Ong A., Driskill-Smith A., Krounbi M. Spin-transfer torque magnetic random access memory (STT-MRAM) // ACM J. Emerging Technologies in Computing Systems. 2013. (JETC) 9. 1.
  4. Ramaswamy R., Lee J.M., Cai K., Yang H. Recent advances in spin-orbit torques: Moving towards device applications // Appl. Phys. Rev. 2018. V. 5. No. 031107.
  5. Kirilyuk A., Kimel A.V. and Rasing T. Ultrafast optical manipulation of magnetic order // Rev. Mod. Phys. 2010. V. 82. No. 2731.
  6. Polley D., Pattabi A., Chatterjee J., Mondal S., Jhuria K., Singh H., Gorchon J., Bokor J. Progress toward picosecond on-chip magnetic memory // Appl. Phys. Letters. 2022. V. 120. No. 140501.
  7. Kruglyak V., Demokritov S., and Grundler D. Magnonics // J. Phys. D: Applied Physics, 2010. V. 43. No. 264001.
  8. Chumak A.V., Vasyuchka V.I., Serga A.A., and Hillebrands B. Magnon Spintronics // Nature Phys. 2015. V. 11. No. 453.
  9. Gilbert T.L. A Lagrangian formulation of the gyromagnetic equation of the magnetization field // Phys. Rev. 1955. V. 100. No. 1243.
  10. Zhang S. and Li Z. Roles of Nonequilibrium Conduction Electrons on the Magnetization Dynamics of Ferromagnets // Phys. Rev. Lett. 2004. V. 93. No. 127204.
  11. Kuneˇs J. and Kambersk´y V. First-principles investigation of the damping of fast magnetization precession in ferromagnetic 3d metals // Phys. Rev. B. 2002. V. 65. No. 212411.
  12. Kambersk´y V. Spin-orbital Gilbert damping in common magnetic metals // Phys. Rev. B. 2007. V. 76. No. 134416.
  13. Hankiewicz E.M., Vignale G., and Tserkovnyak Y. Inhomogeneous Gilbert damping from impurities and electron-electron interactions // Phys. Rev. B. 2008. V. 78. No. 020404.
  14. Arias R. and Mills D.L. Extrinsic contributions to the ferromagnetic resonance response of ultrathin films // Phys. Rev. B. 1999. V. 60. No. 7395.
  15. Ebert H., Mankovsky S., K¨odderitzsch D. and Kelly P.J. Ab Initio Calculation of the Gilbert Damping Parameter via the Linear Response Formalism // Phys. Rev. Lett. 2011. V. 107. No. 066603.
  16. Gilmore K., Idzerda Y.U., and Stiles M.D. Identification of the Dominant Precession-Damping Mechanism in Fe, Co, and Ni by First-Principles Calculations // Phys. Rev. Lett. 2007. V. 99. No. 027204.
  17. Mankovsky S., K¨odderitzsch D., Woltersdorf G., and H. Ebert. First-principles calculation of the Gilbert damping parameter via the linear response formalism with application to magnetic transition metals and alloys // Phys. Rev. B. 2013. V. 87. No. 014430.
  18. Schoen M.A.W., Thonig D., Schneider M.L., Silva T.J., Nembach H.T., Eriksson O., Karis O., Shaw J.M. Ultra-low magnetic damping of a metallic ferromagnet // Nature Physics. 2016. V. 12. No. 839.
  19. Schoen M.A.W., Lucassen J., Nembach H.T., Silva T.J., Koopmans B., Back C.H. and Shaw J.M. Magnetic properties in ultrathin 3d transition-metal binary alloys. II. Experimental verification of quantitative theories of damping and spin pumping // Phys. Rev. B. 2017. V. 95. No. 134411.
  20. Chang H., Li P., Zhang W., Liu T., Hoffmann A., Deng L., Wu M. Nanometer-Thick Yttrium Iron Garnet Films with Extremely Low Damping // IEEE Magnetics Letters. 2014. V. 5. No. 1.
  21. Emori S., Yi D., Crossley S., Wisser J.J., Balakrishan P.P., Khodadadi B., Shafer P., Klewe C., N`Diaye A.T., Urwin B.T., Mahalingam K., Suzuki Y. Ultralow Damping in Nanometer-Thick Epitaxial Spinel Ferrite Thin Films // Nano Letters. 2018. V. 18. No. 4273.
  22. Jermain C.L., Paik H., Aradhya S.V., Buhrman R.A., Schlom D.G., Ralph D.C. Low-damping sub-10-nm thin films of lutetium iron garnet grown by molecular-beam epitaxy // Appl. Phys. Letters. 2016. V. 109. No. 192408.
  23. Andrieu S., Neggache A., Hauet T., Devolder T., Hallal A., Chshiev M., Bataille A.M., Fevre P.L., Bertran F. Direct evidence for minority spin gap in the Co2MnSi Heusler compound // Phys. Rev. B. 2016. V. 93. No. 094417.
  24. Oogane M., McFadden A. P., Fukuda K., Tsunoda M., Ando Y., Palmstrom J. Low magnetic damping and large negative anisotropic magnetoresistance in half-metallic Co2-xMn1+xSi Heusler alloy films grown by molecular beam epitaxy // Appl. Phys. Letters. 2018. V. 112. No. 262407.
  25. Guillemard C., Petit-Watelot S., Pasquier L., Pierre D., Ghanbaja J., Rojas-Sanchez J-C., Batasille A., Rault J., Le Fevre P., Bertran F. and Andrieu S. Ultra-low magnetic damping in Co2Mn- based Heusler compounds: promising materials for spintronic // Phys. Rev. Appl. 2019. V. 11. No. 064009.
  26. Scheck C., Cheng L., Barsukov I., Frait Z., Bailey W.E. Low Relaxation Rate in Epitaxial Vanadium-Doped Ultrathin Iron Films // Phys. Rev. Lett. 2007. V. 98. No. 117601.
  27. Devolder T., Tahmasebi T., Eimer S., Hauet T., Andrieu S. Compositional dependence of the magnetic properties of epitaxial FeV/MgO thin films // Appl. Phys. Letters. 2013. V. 103. No. 242410.
  28. Arora M., Delczeg-Czirjak E. K., Riley G., Silva T.J., Nembach H.T., Eriksson O., Shaw J.M. Magnetic damping in polycrystalline Fe–V thin film alloys // Phys. Rev. Appl. 2021. V. 15. No. 054031.
  29. Zhao Y., Song Q., Yang S.-H., Su. T, Yuan W., Parkin S.S.P., Shi J. and Han W. Experimental Investigation of Temperature-Dependent Gilbert Damping in Permalloy Thin Films // Sci. Reports. 2016. V. 6. No. 1.
  30. Martin-Rio S., Pomar A., Balcells L., Bozzo B., Frontera C., Martinez B. Temperature dependence of spin pumping and inverse spin Hall effect in permalloy/Pt bilayers // J. Magn. Magn. Mater. 2020. V. 500. No. 166319.
  31. Barati E., Cinal M., Edwards D.M. and Umerski A. Gilbert damping in magnetic layered systems // Phys. Rev. B. 2014. V. 90. No. 014420.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимость параметра затухания Гильберта для образцов Py/W (черные полые квадраты), Py/Pt (красные полые круги). Отчетливо наблюдается увеличения параметра Гильберта при уменьшении температуры от 100 К до 50 К, далее вплоть до 5 К идет уменьшение параметра.

Скачать (64KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость напряжения ОСЭХ для образцов Py/W (черные полые квадраты), Py/Pt (красные полые круги). Наблюдается увеличение напряжения ОСЭХ с уменьшением температуры от комнатной до ~130 К. Далее вплоть до 50 К идет уменьшение напряжения. Затем наблюдается резкий подъем.

Скачать (71KB)
Метаданные