Influence of three-magnon decays on electromotive force generation by magnetostatic surface waves in integral YIG - Pt structures
- 作者: Seleznev M.1, Nikulin Y.2, Khivintsev Y.1,2, Vysotskii S.2, Kozhevnikov A.2, Sakharov V.2, Dudko G.2,3, Pavlov E.4, Filimonov Y.2
-
隶属关系:
- Saratov State University
- Saratov Branch of Kotel`nikov Institute of Radiophysics and Electronics of Russian Academy of Sciences
- Research and Production Complex "Precision Equipment"
- Kotel'nikov Institute of Radioengineering and Electronics of Russian Academy of Sciences
- 期: 卷 30, 编号 5 (2022)
- 页面: 617-643
- 栏目: Articles
- URL: https://journals.rcsi.science/0869-6632/article/view/252103
- DOI: https://doi.org/10.18500/0869-6632-003008
- EDN: https://elibrary.ru/XICWQF
- ID: 252103
如何引用文章
全文:
详细
作者简介
M. Seleznev
Saratov State Universityul. Astrakhanskaya, 83, Saratov, 410012, Russia
Y. Nikulin
Saratov Branch of Kotel`nikov Institute of Radiophysics and Electronics of Russian Academy of Sciencesul. Zelyonaya, 38, Saratov, 410019, Russia
Y. Khivintsev
Saratov State University; Saratov Branch of Kotel`nikov Institute of Radiophysics and Electronics of Russian Academy of Sciencesul. Astrakhanskaya, 83, Saratov, 410012, Russia
S. Vysotskii
Saratov Branch of Kotel`nikov Institute of Radiophysics and Electronics of Russian Academy of Sciencesul. Zelyonaya, 38, Saratov, 410019, Russia
Aleksandr Kozhevnikov
Saratov Branch of Kotel`nikov Institute of Radiophysics and Electronics of Russian Academy of Sciencesul. Zelyonaya, 38, Saratov, 410019, Russia
Valentin Sakharov
Saratov Branch of Kotel`nikov Institute of Radiophysics and Electronics of Russian Academy of Sciencesul. Zelyonaya, 38, Saratov, 410019, Russia
Galina Dudko
Saratov Branch of Kotel`nikov Institute of Radiophysics and Electronics of Russian Academy of Sciences; Research and Production Complex "Precision Equipment"ul. Zelyonaya, 38, Saratov, 410019, Russia
Evgenij Pavlov
Kotel'nikov Institute of Radioengineering and Electronics of Russian Academy of SciencesMokhovaya 11-7, Moscow, 125009, Russia
Y. Filimonov
Saratov Branch of Kotel`nikov Institute of Radiophysics and Electronics of Russian Academy of Sciencesul. Zelyonaya, 38, Saratov, 410019, Russia
参考
- Kajiwara Y., Harii K., Takahashi S., Ohe J., Uchida K., Mizuguchi M., Umezawa H., Kawai H., Ando K., Takanashi K., Maekawa S., Saitoh E. Transmission of electrical signals by spin-wave interconversion in a magnetic insulator // Nature. 2010. Vol. 464, no. 7286. P. 262-266. doi: 10.1038/nature08876.
- Sinova J., Valenzuela S. O., Wunderlich J., Back C. H., Jungwirth T. Spin Hall effects // Rev. Mod. Phys. 2015. Vol. 87, no. 4. P. 1213-1260. doi: 10.1103/RevModPhys.87.1213.
- Althammer M. Pure spin currents in magnetically ordered insulator/normal metal heterostructures // J. Phys. D: Appl. Phys. 2018. Vol. 51, no. 31. P. 313001. doi: 10.1088/1361-6463/aaca89.
- Jungfleisch M. B., Chumak A. V., Vasyuchka V. I., Serga A. A., Obry B., Schultheiss H., Beck P. A., Karenowska A. D., Saitoh E., Hillebrands B. Temporal evolution of inverse spin Hall effect voltage in a magnetic insulator-nonmagnetic metal structure // Appl. Phys. Lett. 2011. Vol. 99, no. 18. P. 182512. doi: 10.1063/1.3658398.
- Agrawal M., Vasyuchka V. I., Serga A. A., Kirihara A., Pirro P., Langner T., Jungfleisch M. B., Chumak A. V., Papaioannou E. T., Hillebrands B. Role of bulk-magnon transport in the temporal evolution of the longitudinal spin-Seebeck effect // Phys. Rev. B. 2014. Vol. 89, no. 22. P. 224414. doi: 10.1103/PhysRevB.89.224414.
- Rezende S. M., Rodr´iguez-Suarez R. L., Cunha R. O., Rodrigues A. R., Machado F. L. A., Fonseca Guerra G. A., Lopez Ortiz J. C., Azevedo A. Magnon spin-current theory for the longitudinal spin-Seebeck effect // Phys. Rev. B. 2014. Vol. 89, no. 1. P. 014416. doi: 10.1103/PhysRevB.89.014416.
- Saitoh E., Ueda M., Miyajima H., Tatara G. Conversion of spin current into charge current at room temperature: Inverse spin-Hall effect // Appl. Phys. Lett. 2006. Vol. 88, no. 18. P. 182509. doi: 10.1063/1.2199473.
- Chumak A. V., Vasyuchka V. K., Serga A. A., Hillebrands B. Magnon spintronics // Nature Physics. 2015. Vol. 11, no. 6. P. 453-461. doi: 10.1038/nphys3347.
- Никитов С. А., Калябин Д. В., Лисенков И. В., Славин А. Н., Барабаненков Ю. Н., Осокин С. А., Садовников А. В., Бегинин Е. Н., Морозова М. А., Шараевский Ю. П., Филимонов Ю. А., Хивинцев Ю. В., Высоцкий С. Л., Сахаров В. К., Павлов Е. С. Магноника - новое направление спинтроники и спин-волновой электроники // УФН. 2015. Т. 185, № 10. С. 1099-1128. doi: 10.3367/UFNr.0185.201510m.1099.
- Ando K., Ieda J., Sasage K., Takahashi S., Maekawa S., Saitoh E. Electric detection of spin wave resonance using inverse spin-Hall effect // Appl. Phys. Lett. 2009. Vol. 94, no. 26. P. 262505. doi: 10.1063/1.3167826.
- Hahn C., de Loubens G., Viret M., Klein O., Naletov V. V., Ben Youssef J. Detection of microwave spin pumping using the inverse spin Hall effect // Phys. Rev. Lett. 2013. Vol. 111, no. 21. P. 217204. doi: 10.1103/PhysRevLett.111.217204.
- Ganzhorn K., Klingler S., Wimmer T., Geprags S., Gross R., Huebl H., Goennenwein S. T. B. Magnon-based logic in a multi-terminal YIG/Pt nanostructure // Appl. Phys. Lett. 2016. Vol. 109, no. 2. P. 022405. doi: 10.1063/1.4958893.
- Balinskiy M., Chiang H., Gutierrez D., Khitun A. Spin wave interference detection via inverse spin Hall effect // Appl. Phys. Lett. 2021. Vol. 118, no. 24. P. 242402. doi: 10.1063/5.0055402.
- Avci C. O., Quindeau A., Pai C.-F., Mann M., Caretta L., Tang A. S., Onbasli M. C., Ross C. A., Beach G. S. D. Current-induced switching in a magnetic insulator // Nature Materials. 2017. Vol. 16, no. 3. P. 309-314. doi: 10.1038/nmat4812.
- Cornelissen L. J., Liu J., van Wees B. J., Duine R. A. Spin-current-controlled modulation of the magnon spin conductance in a three-terminal magnon transistor // Phys. Rev. Lett. 2018. Vol. 120, no. 9. P. 097702. doi: 10.1103/PhysRevLett.120.097702.
- Hamadeh A., d’Allivy Kelly O., Hahn C., Meley H., Bernard R., Molpeceres A. H., Naletov V. V., Viret M., Anane A., Cros V., Demokritov S. O., Prieto J. L., Munoz M., de Loubens G., Klein O.Full control of the spin-wave damping in a magnetic insulator using spin-orbit torque // Phys. Rev. Lett. 2014. Vol. 113, no. 19. P. 197203. doi: 10.1103/PhysRevLett.113.197203.
- Padron-Hernandez E., Azevedo A., Rezende S. M. Amplification of spin waves by thermal spin-transfer torque // Phys. Rev. Lett. 2011. Vol. 107, no. 19. P. 197203. doi: 10.1103/PhysRevLett. 107.197203.
- Lauer V., Bozhko D. A., Bracher T., Pirro P., Vasyuchka V. I., Serga A. A., Jungfleisch M. B., Agrawal M., Kobljanskyj Y. V., Melkov G. A., Dubs C., Hillebrands B., Chumak A. V. Spin-transfer torque based damping control of parametrically excited spin waves in a magnetic insulator // Appl. Phys. Lett. 2016. Vol. 108, no. 1. P. 012402. doi: 10.1063/1.4939268.
- Tveten E. G., Brataas A., Tserkovnyak Y. Electron-magnon scattering in magnetic heterostructures far out of equilibrium // Phys. Rev. B. 2015. Vol. 92, no. 18. P. 180412. doi: 10.1103/PhysRevB. 92.180412.
- Van Hove L. The occurrence of singularities in the elastic frequency distribution of a crystal // Physical Review. 1953. Vol. 89, no. 6. P. 1189-1193. doi: 10.1103/PhysRev.89.1189.
- Damon R. W., Eshbach J. R. Magnetostatic modes of a ferromagnet slab // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 1961. Vol. 19, no. 3-4. P. 308-320. doi: 10.1016/0022-3697(61)90041-5.
- Nikulin Y. V., Seleznev М. Е., Khivintsev Y. V., Sakharov V. К., Pavlov E. S., Vysotskii S. L., Kozhevnikov A. V., Filimonov Y. A. EMF generation by propagating magnetostatic surface waves in integrated thin-film Pt/YIG structure // Semiconductors. 2020. Vol. 54, no. 12. P. 1721-1724. doi: 10.1134/S106378262012026X.
- De Wames R. E., Wolfram T. Dipole-exchange spin waves in ferromagnetic films // J. Appl. Phys. 1970. Vol. 41, no. 3. P. 987-993. doi: 10.1063/1.1659049.
- Селезнев М. Е., Никулин Ю. В., Сахаров В. К., Хивинцев Ю. В., Кожевников А. В., Высоцкий С. Л., Филимонов Ю. А. Влияние резонансного взаимодействия поверхностных магнитостатических волн с обменными модами на генерацию ЭДC в структурах YIG/Pt // ЖТФ. 2021. Т. 91, № 10. С. 1504-1508. doi: 10.21883/JTF.2021.10.51363.136-21.
- Sandweg C. W., Kajiwara Y., Chumak A. V., Serga A. A., Vasyuchka V. I., Jungfleisch M. B., Saitoh E., Hillebrands B. Spin pumping by parametrically excited exchange magnons // Phys. Rev. Lett. 2011. Vol. 106, no. 21. P. 216601. doi: 10.1103/PhysRevLett.106.216601.
- Kurebayashi Н., Dzyapko O., Demidov V. E., Fang D., Ferguson A. J. Demokritov S. O. Controlled enhancement of spin-current emission by three-magnon splitting // Nature Materials. 2011. Vol. 10, no. 9. P. 660-664. doi: 10.1038/nmat3053.
- Kurebayashi H., Dzyapko O., Demidov V. E., Fang D., Ferguson A. J., Demokritov S. O. Spin pumping by parametrically excited short-wavelength spin waves // Appl. Phys. Lett. 2011. Vol. 99, no. 16. P. 162502. doi: 10.1063/1.3652911.
- Sakimura H., Tashiro T., Ando K. Nonlinear spin-current enhancement enabled by spin-damping tuning // Nat. Commun. 2014. Vol. 5. P. 5730. doi: 10.1038/ncomms6730.
- Manuilov S. A., Du C. H., Adur R., Wang H. L., Bhallamudi V. P., Yang F. Y., Hammel P. C. Spin pumping from spinwaves in thin film YIG // Appl. Phys. Lett. 2015. Vol. 107, no. 4. P. 042405. doi: 10.1063/1.4927451.
- Watanabe S., Hirobe D., Shiomi Y., Iguchi R., Daimon S., Kameda M., Takahashi S., Saitoh E. Generation of megahertz-band spin currents using nonlinear spin pumping // Scientific Reports. 2017. Vol. 7, no. 1. P. 4576. doi: 10.1038/s41598-017-04901-4.
- Ando K., Saitoh E. Spin pumping driven by bistable exchange spin waves // Phys. Rev. Lett. 2012. Vol. 109, no. 2. P. 026602. doi: 10.1103/PhysRevLett.109.026602.
- Noack T. B., Vasyuchka V. I., Bozhko D. A., Heinz B., Frey P., Slobodianiuk D. V., Prokopenko O. V., Melkov G. A., Kopietz P., Hillebrands B., Serga A. A. Enhancement of the spin pumping effect by magnon confluence process in YIG/Pt bilayers // Physica Status Solidi (B). 2019. Vol. 256, no. 9. P. 1900121. doi: 10.1002/pssb.201900121.
- Castel V., Vlietstra N., Ben Youssef J., Van Wees B. J. Platinum thickness dependence of the inverse spin-Hall voltage from spin pumping in a hybrid yttrium iron garnet/platinum system // Appl. Phys. Lett. 2012. Vol. 101, no. 13. P. 132414. doi: 10.1063/1.4754837.
- Castel V., Vlietstra N., Van Wees B. J., Ben Youssef J. Frequency and power dependence of spin-current emission by spin pumping in a thin-film YIG/Pt system // Phys. Rev. B. 2012. Vol. 86, no. 13. P. 134419. doi: 10.1103/PhysRevB.86.134419.
- 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 effect in Y3Fe5O12/Pt heterostructures measured by the inverse spin Hall effect // Phys. Rev. B. 2015. Vol. 91, no. 13. P. 134407. doi: 10.1103/PhysRevB.91.134407.
- 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, no. 8. P. 082405. doi: 10.1063/1.3689787.
- Гуревич А. Г., Мелков Г. А. Магнитные колебания и волны. М.: Физматлит, 1994. 464 с.
- Вашковский А. В., Стальмахов В. С., Шараевский Ю. П. Магнитостатические волны в электронике сверхвысоких частот. Саратов: Издательство Саратовского университета, 1993. 312 с.
- Львов В. С. Нелинейные спиновые волны. М.: Наука, 1987. 272 с.
- Ползикова Н. И., Раевский А. О., Темирязев А. Г. Влияние обменного взаимодействия на границу трехмагнонного распада волны Дэймона-Эшбаха в тонких пленках ЖИГ // ФТТ. 1984. Т. 26, № 11. С. 3506-3508.
- Iguchi R., Ando K., Qiu Z., An T., Saitoh E., Sato T. Spin pumping by nonreciprocal spin waves under local excitation // Appl. Phys. Lett. 2013. Vol. 102, no. 2. P. 022406. doi: 10.1063/1.4775685.
- Agrawal M., Serga A. A., Lauer V., Papaioannou E. T., Hillebrands B., Vasyuchka V. I. Microwave induced spin currents in ferromagnetic-insulator|normal-metal bilayer system // Appl. Phys. Lett. 2014. Vol. 105, no. 9. P. 092404. doi: 10.1063/1.4894636.
- Balinsky M., Ranjbar M., Haidar M., Durrenfeld P., Khartsev S., Slavin A., Akerman J., Dumas R. K. Spin pumping and the inverse spin-hall effect via magnetostatic surface spin-wave modes in Yttrium-Iron garnet/platinum bilayers // IEEE Magn. Lett. 2015. Vol. 6. P. 3000604. doi: 10.1109/LMAG.2015.2471276.
- 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, no. 25. P. 252504. doi: 10.1063/1.3528207.
- d’Allivy Kelly O., Anane A., Bernard R., Ben Youssef J., Hahn C., Molpeceres A. H., Carretero C., Jacquet E., Deranlot C., Bortolotti P., Lebourgeois R., Mage J.-C., de Loubens G., Klein O., Cros V., Fert A. Inverse spin Hall effect in nanometer-thick yttrium iron garnet/Pt system // Appl. Phys. Lett. 2013. Vol. 103, no. 8. P. 082408. doi: 10.1063/1.4819157.
- Khivintsev Y. V., Filimonov Y. A., Nikitov S. A. Spin wave excitation in yttrium iron garnet films with micron-sized antennas // Appl. Phys. Lett. 2015. Vol. 106, no. 5. P. 052407. DOI: 10.1063/ 1.4907626.
- Kholid F. N., Hamara D., Terschanski M., Mertens F., Bossini D., Cinchetti M., McKenzie-Sell L., Patchett J., Petit D., Cowburn R., Robinson J., Barker J., Ciccarelli C. Temperature dependence of the picosecond spin Seebeck effect // Appl. Phys. Lett. 2021. Vol. 119, no. 3. P. 032401. doi: 10.1063/5.0050205.
- Медников А. М. Нелинейные эффекты при распространении поверхностных спиновых волн в пленках ЖИГ // ФТТ. 1981. Т. 23, № 1. С. 242-245.
- Темирязев А. Г. Механизм преобразования частоты поверхностной магнитостатической волны в условиях трехмагнонного распада // ФТТ. 1987. Т. 29, № 2. С. 313-319.
- Казаков Г. Т., Кожевников А. В., Филимонов Ю. А. Четырехмагнонный распад поверхностных магнитостатических волн в пленках железо-иттриевого граната // ФТТ. 1997. Т. 39, № 2. С. 330-338.
- Казаков Г. Т., Кожевников А. В., Филимонов Ю. А. Влияние параметрически возбужденных спиновых волн на дисперсию и затухание поверхностных магнитостатических волн в ферритовых пленках // ЖЭТФ. 1999. Т. 115, № 1. С. 318-332.
- Бугаев А. С., Галкин О. Л., Гуляев Ю. В., Зильберман П. Е. Увлечение электронов магнитостатической волной в слоистой структуре феррит-металл // Письма в ЖТФ. 1982. Т. 8, № 8. С. 485-488.
- Веселов A. Г., Высоцкий С. Л., Казаков Г. Т., Сухарев А. Г., Филимонов Ю. А. Поверхностные магнитостатические волны в металлизированных пленках ЖИГ // Радиотехника и электроника. 1994. Т. 39, № 12. С. 2067-2074.
- Kapelrud A., Brataas A. Spin pumping and enhanced gilbert damping in thin magnetic insulator films // Phys. Rev. Lett. 2013. Vol. 111, no. 9. P. 097602. doi: 10.1103/PhysRevLett.111.097602.
- Kapelrud A., Brataas A. Spin pumping, dissipation, and direct and alternating inverse spin Hall effects in magnetic-insulator/normal-metal bilayers // Phys. Rev. B. 2017. Vol. 95, no. 21. P. 214413. doi: 10.1103/PhysRevB.95.214413.
- Гуляев Ю. В., Бугаев А. С., Зильберман П. Е., Игнатьев И. А., Коновалов А. Г., Луговской А. В., Медников А. М., Нам Б. П., Николаев Е. И. Гигантские осцилляции прохождения квазиповерхностной спиновой волны через тонкую пленку железо-иттриевого граната (ЖИГ) // Письма в ЖЭТФ. 1979. Т. 30, № 9. P. 600-603.
- Луговской А. В., Щеглов В. В. Спектр обменных и безобменных спин-волновых возбуждений в пленках ферритов-гранатов // Радиотехника и электроника. 1982. Т. 27, № 3. С. 518-524.
- Сахаров В. К., Хивинцев Ю. В., Высоцкий С. Л., Стогний А. И., Дудко Г. М., Филимонов Ю. А. Влияние мощности входного сигнала на распространение поверхностных магнитостатических волн в плёнках железо-иттриевого граната на подложках кремния // Известия вузов. ПНД. 2017. Т. 25, № 1. С. 35-51. doi: 10.18500/0869-6632-2017-25-1-35-51.
- Зильберман П. Е., Куликов В. М., Тихонов В. В., Шеин И. В. Нелинейные эффекты при распространении поверхностных магнитостатических волн в пленках железо-иттриевого граната в слабых полях // ЖЭТФ. 1991. Т. 99, № 5. С. 1566-1578.
- Медведь А. В., Крышталь Р. Г., Осипенко В. А., Попков А. Ф. Трансформация мод магнитостатических волн при рассеянии их на поверхностной акустической волне в пленках ЖИГ // ЖТФ. 1988. Т. 58, № 12. С. 2315-2322.
- Donahue M. J., Porter D. G. OOMMF User’s Guide. Interagency Report NISTIR 6376. Gaithersburg, MD: National Institute of Standards and Technology, 1999. 94 p. doi: 10.6028/NIST.IR.6376.
- Dvornik M., Au Y., Kruglyak V. V. Micromagnetic simulations in magnonics // In: Demokritov S., Slavin A. (eds) Magnonics. Topics in Applied Physics. Vol 125. Berlin: Springer, 2013. P. 101-115. doi: 10.1007/978-3-642-30247-3_8.
- Сахаров В. К., Хивинцев Ю. В., Дудко Г. М., Джумалиев А. С., Высоцкий С. Л., Стогний А. И., Филимонов Ю. А. Особенности распространения спиновых волн в магнонных кристаллах с неоднородным распределением намагниченности по толщине // ФТТ. 2022. Т. 64, № 9. С. 1255-1262. doi: 10.21883/FTT.2022.09.52815.11HH.