Transporte de espín por medición e inferencia
De ajustes FMR basados en LLG a la deconvolución de iSHE y selección de materiales
Cuantificación del transporte de espín en películas delgadas
Un óxido nativo delgado sobre permalloy (Py) infla los anchos de línea FMR y sesga el parámetro de amortiguamiento de Gilbert α hacia arriba, invisible a menos que se rastree la pendiente a través de muchas frecuencias y se verifique la química de la superficie mediante XPS. La extracción del ángulo de Hall de espín de la capa de metal pesado adyacente a través del efecto Hall de espín inverso (iSHE) se complica aún más por la magnetorresistencia anisotrópica (AMR) del ferromagneto, que genera un voltaje en la misma condición de resonancia que no puede separarse de la señal iSHE solo por geometría.
Medimos cuatro sistemas de bicapa (Py/Pt, Py/W, Py/Cu, Py/Ti) y posteriormente YIG/Pt e YIG/W. Para α, la detección lock-in con modulación de campo extrajo formas de línea Lorentziana-derivativa, y la selección de la capa de recubrimiento guiada por XPS mantuvo la contribución del óxido identificable. Para iSHE, Py/Ti sirvió como referencia de AMR: el titanio tiene un acoplamiento espín-órbita despreciable, por lo que el voltaje en esa pila es pura línea base. Restarlo de Py/Pt y Py/W aísla el componente iSHE simétrico. El cambio a YIG (un ferromagneto aislante sin corriente de carga en la capa magnética) eliminó la fuga por completo, dejando formas de línea iSHE puramente Lorentzianas.
El acoplamiento espín-órbita del platino fue el más fuerte por ambas medidas simultáneamente: el mayor aumento de amortiguamiento y la mayor amplitud de iSHE, una consistencia que apunta a un efecto de material real en lugar de un artefacto. El tungsteno fue claramente el segundo; el cobre y el titanio fueron efectivamente cero, consistente con su débil acoplamiento espín-órbita. La inversión de signo entre YIG/Pt e YIG/W confirmó la predicción teórica para el ángulo de Hall de espín. Para mantener el equipo de FMR funcionando durante barridos nocturnos, añadimos un monitor IoT de bajo costo (ESP8266 + sensor de flujo Hall) con alertas automáticas por correo electrónico; detectó al menos dos interrupciones del refrigerante antes de que pudieran arruinar las mediciones.
Métodos y datos: Informe completo (PDF)