Transporte de espín por medición e inferencia
De ajustes de 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 en permalloy (Py) infla los anchos de línea de FMR y sesga el parámetro de amortiguamiento de Gilbert α hacia arriba, invisible a menos que se siga 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 de iSHE solo por la geometría.
Medimos cuatro sistemas de bicapas (Py/Pt, Py/W, Py/Cu, Py/Ti) y más tarde YIG/Pt y YIG/W. Para α, la detección lock-in con modulación de campo extrajo formas de línea Lorentzianas derivadas, y la selección de la capa de cobertura guiada por XPS mantuvo identificable la contribución del óxido. Para iSHE, Py/Ti sirvió como referencia de AMR: el titanio tiene un acoplamiento espín-órbita insignificante, por lo que el voltaje en esa pila es puro ruido de fondo. Restarlo de Py/Pt y Py/W aísla el componente simétrico de iSHE. Cambiar a YIG (un ferromagneto aislante sin corriente de carga en la capa magnética) eliminó la fuga por completo, dejando formas de línea de iSHE puramente Lorentzianas.
El acoplamiento espín-órbita del platino fue el más fuerte según ambas medidas simultáneamente: el mayor aumento del amortiguamiento y la mayor amplitud de iSHE, una consistencia que apunta a un efecto 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 del signo entre YIG/Pt y YIG/W confirmó la predicción teórica para el ángulo de Hall de espín. Para mantener el equipo de FMR funcionando durante los barridos nocturnos, agregamos 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)