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 permalóia (Py) aumenta as larguras de linha de FMR e desvia o parâmetro de amortecimento de Gilbert α para cima. O efeito é invisível a menos que as inclinações das larguras de linha sejam rastreadas em várias frequências e a química de superfície seja verificada por XPS. A extração do ângulo de spin Hall da camada adjacente de metal pesado via efeito spin Hall inverso (iSHE) é ainda mais complicada pela magnetorresistência anisotrópica (AMR) do ferromagneto. A AMR gera uma tensão na mesma condição de ressonância, e apenas a geometria não consegue separá-la do sinal de iSHE.
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 perfis de linha derivada-Lorentziana, e a seleção da camada de cobertura guiada por XPS manteve a contribuição do óxido identificável. Para iSHE, Py/Ti serviu como referência de AMR: o titânio tem acoplamento spin-órbita desprezível, de modo que a tensão nessa pilha é uma linha de base limpa. Subtraindo-a de Py/Pt e Py/W, isolamos o componente simétrico de iSHE. A troca para YIG (um ferromagneto isolante sem corrente de carga na camada magnética) eliminou completamente a fuga, deixando perfis de linha de iSHE puramente Lorentzianos.
O acoplamento spin-órbita da platina foi o mais forte nas duas medidas simultaneamente: maior aumento de amortecimento e maior amplitude de iSHE, uma consistência que aponta para um efeito real de material e não para artefato. O tungstênio foi claramente o segundo; cobre e titânio foram efetivamente zero, consistente com seu fraco acoplamento spin-órbita. A inversão de sinal entre YIG/Pt e YIG/W concordou com o sinal previsto para o ângulo de spin Hall na teoria. Para manter o aparato de FMR funcionando durante varreduras noturnas, adicionamos um monitor IoT de baixo custo (ESP8266 + sensor de fluxo Hall) com alertas de e-mail automatizados; ele detectou pelo menos duas interrupções do líquido refrigerante antes que pudessem comprometer as medições.
Métodos e dados: Relatório completo (PDF)