The temperature dependence of spin pumping in Py/W AND Py/Pt bilayers

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

The solid thin films of Py/Pt and Py/W heterostructures have been studied using the ferromagnetic resonance method. The temperature dependences of the Gilbert damping parameter and voltage of the the inverse spin Hall effect (ISHE) have been obtained in the 5–290 K temperature range. An anomalous increase in the Gilbert damping parameter in the vicinity of 50 K and a change in the voltage of ISHE has been found. It has been concluded that an increase in the Gilbert damping parameter is of spin-orbital nature.

全文:

受限制的访问

作者简介

А. Pakhomov

Moscow Institute of Physics and Technology, Phystech; LLC New Spintronic Technologies

编辑信件的主要联系方式.
Email: a.pakhomov@nst.tech

Center for Two-Dimensional Materials and Photonics

俄罗斯联邦, 141701, Dolgoprudny; 121205, Moscow

P. Skirdkov

LLC New Spintronic Technologies; Prokhorov General Physics Institute, Russian Academy of Sciences

Email: a.pakhomov@nst.tech
俄罗斯联邦, 121205, Moscow; 119991, Moscow

V. Yurlov

Moscow Institute of Physics and Technology, Phystech; LLC New Spintronic Technologies

Email: a.pakhomov@nst.tech

Center for Two-Dimensional Materials and Photonics

俄罗斯联邦, 141701, Dolgoprudny; 121205, Moscow

A. Chernov

Moscow Institute of Physics and Technology, Phystech

Email: a.pakhomov@nst.tech

Center for Two-Dimensional Materials and Photonics

俄罗斯联邦, 141701, Dolgoprudny

K. Zvezdin

LLC New Spintronic Technologies

Email: a.pakhomov@nst.tech
俄罗斯联邦, 121205, Moscow

参考

  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.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Dependence of the Hilbert attenuation parameter for samples Py/W (black full squares), Py/Pt (red full circles). An increase in the Hilbert parameter is clearly observed with a decrease in temperature from 100 K to 50 K, then down to 5 K there is a decrease in the parameter.

下载 (64KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Voltage dependence of the sample compartment Py/W (black full squares), Py/Pt (red full circles). There is an increase in the AXIS voltage with a decrease in temperature from room temperature to ~130 K. Further, up to 50 K, the voltage is reduced. Then there is a sharp rise.

下载 (71KB)
索引源数据


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».