FMR y Spin Pumping Térmico en Bicapas Granate|Pt

LARA M. SOLIS; SANTIAGO J. CARREIRA; ALEJANDRO BUTERA; BRIATICO, J; MADJID ANANE; M. H. AGUIRRE; L. B. STEREN

Bariloche (virtual)

Encuentro; Reunión Anual del Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; 2021

RESUMENEl aislante ferrimagnético Y3Fe5O12 (YIG) es reconocido como un sistema modelo para fenómenos espintrónicos y magnónicos. En estos materiales, la corriente de espín es producida por magnones que pueden excitarse y detectarse eléctricamente a través del efecto Spin Hall (SHE) y el efecto Spin Hall anómalo (ASHE) o también pueden excitarse térmicamente a través del efecto Spin-Seebeck (SSE). Para detectar la corriente de espín, se deposita una fina capa no magnética de Pt encima del material de interés. Esto transforma la corriente de espín en una magnitud eléctrica observable (VSSE) a través del efecto Spin Hall inverso (ISHE). Los sistemas YIG|Pt permiten una conversión de espín en carga eficiente y una detección limpia de la corriente de espín pura gracias al acoplamiento espín-órbita entre los materiales y a las propiedades aislantes del YIG. Por otro lado, films de estructura granate con tierras raras tienen propiedades que se pueden manipular mediante la elección de la composición y el sustrato. En particular, cuando se agrega una proporción de bismuto (Bi), las propiedades magneto-ópticas de YIG aumentan de acuerdo con laconcentración de bismuto (Bi) en el sitio del itrio [1]. Pero hay pocos estudios sobre cómo se modifican las propiedades dinámicas de espín debido a esta sustitución. En este trabajo se estudian diferentes parámetros en la fabricación de bicapas ferrimagnéticas/no magnéticas para aumentar el voltaje de espín termoeléctrico VSSE. Muestras con diferentes espesores de películas de Y3Fe5O12 puro y una sustitución de Bi al 5%, es decir, películas delgadas de BiY2Fe5O12 (BiYIG), se crecieron en sustratos Gd3Ga5O12 (GGG) yGd3Sc2Ga3O12 (SGGG) en dirección (111) mediante láser pulsado (PLD). Mediciones de XRD, HR-TEM/STEM-HAADF y GPA revelaron películas cristalinas de alta calidad. También se estudió la resonancia ferromagnética (FMR) a temperatura ambiente para todas las heteroestructuras. Estas medidas permiten calcular el coeficiente de amortiguación de Gilbert que se correlaciona directamente con el SSE [2].El ancho de línea de las muestras BiYIG es mucho más amplio. La diferencia entre el resultado del campo efectivo del material medido por FMR y el campo de saturación obtenido en un magnetómetro demuestra la existencia de una anisotropía. Con una diferencia térmica máxima de 20K en toda la estructura, se midieron voltajes del SSE longitudinales tanto en muestras YIG como BiYIG con Pt pulverizado. La combinaciónYIG|SGGG mostró tener la mejor señal de voltaje del efecto Spin Hall inverso (VISHE) y el efecto Spin Seebeck (VSSE). En el caso de las muestras BiYIG, los voltajes inducidos en las bicapas BiYIG|SGGG fueron menores con respecto a YIG|SGGG pero mayores con respecto a YIG|GGG.[1] R. Kumar, B. Samantaray, and Z. Hossain, Journal of Physics: Condensed Matter, Vol. 31, p. 435802(2019)[2] H. Chang, P. P. Janantha, and J. Ding, Science advances, Vol. 3, p. e1601614 (2017)