Transporte de spin por medição e inferência
De ajustes de FMR baseados em LLG à deconvolução de iSHE e seleção de materiais
Quantificando o transporte de spin em filmes finos
Um óxido nativo fino sobre o permalloy (Py) infla as larguras de linha de FMR e enviesa o parâmetro de amortecimento de Gilbert α para cima, algo invisível a menos que você acompanhe a inclinação em várias frequências e verifique a química da superfície por XPS. A extração do ângulo de Hall de spin da camada adjacente de metal pesado via efeito Hall de spin inverso (iSHE) é ainda mais complicada pela magnetorresistência anisotrópica (AMR) do ferromagneto, que gera uma voltagem na mesma condição de ressonância que não pode ser separada do sinal de iSHE apenas pela geometria.
Medimos quatro sistemas de bicamadas (Py/Pt, Py/W, Py/Cu, Py/Ti) e posteriormente YIG/Pt e YIG/W. Para α, a detecção lock-in com modulação de campo extraiu formas de linha Lorentziana-derivada, e a seleção da camada de cobertura guiada por XPS manteve a contribuição do óxido identificável. Para o iSHE, o Py/Ti serviu como referência de AMR: o titânio tem acoplamento spin-órbita insignificante, portanto a voltagem nesse empilhamento é puro ruído de fundo (baseline). Subtraí-la de Py/Pt e Py/W isola a componente simétrica do iSHE. A mudança para YIG (um ferromagneto isolante sem corrente de carga na camada magnética) removeu totalmente a fuga, deixando formas de linha de iSHE puramente Lorentzianas.
O acoplamento spin-órbita da platina foi o mais forte em ambas as medidas simultaneamente: maior aumento de amortecimento e maior amplitude de iSHE, uma consistência que aponta para um efeito real do material em vez de um artefato. O tungstênio ficou claramente em segundo lugar; cobre e titânio foram efetivamente zero, consistentes com seu fraco acoplamento spin-órbita. A inversão de sinal entre YIG/Pt e YIG/W confirmou a previsão teórica para o ângulo de Hall de spin. Para manter a bancada de FMR funcionando em varreduras noturnas, adicionamos um monitor IoT de baixo custo (ESP8266 + sensor de fluxo Hall) com alertas automáticos por e-mail; ele detectou pelo menos duas interrupções de refrigerante antes que pudessem estragar as medições.
Métodos e dados: Relatório completo (PDF)