[論文レビュー] Spin Hall magnetoresistance as a probe for surface magnetization

Miren Isasa, Amilcar Bedoya‐Pinto+5 more|arXiv (Cornell University)|Jul 4, 2013

Magnetic properties of thin films被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、Pt/CFO異種接合におけるスピンホール磁気抵抗（SMR）が、表面磁化を感受する高感度なプローブとして機能することを示している。特に、イン・スイット成長条件下ではSMRの大きさが最大値に達する。スピンミキシング電導度は、CFOの結晶指向に著しく依存しており、界面における磁性イオンの組成と密度が、界面におけるスピン輸送を支配することを明らかにした。

ABSTRACT

We report magnetoresistance measurements on thin Pt bars grown on epitaxial (001) and (111) CoFe2O4 (CFO) ferrimagnetic insulating films. The results can be described in terms of the recently discovered spin Hall magnetoresistance (SMR). The magnitude of the SMR depends on the interface preparation conditions, being optimal when Pt/CFO samples are prepared in situ, in a single process. The spin-mixing interface conductance, the key parameter governing SMR and other relevant spin-dependent phenomena such as spin pumping or spin Seebeck effect, is found to be different depending on the crystallographic orientation of CFO, highlighting the role of the composition and density of magnetic ions at the interface on spin mixing.

研究の動機と目的

• Pt/CFO異種接合における界面処理条件に依存するスピンホール磁気抵抗（SMR）の依存性を調査すること。
• コバルト鉄酸化物（CFO）の結晶学的配向が界面スピン輸送特性に与える影響を特定すること。
• 界面における磁性イオンの組成と密度がスピンミキシング電導度を支配する役割を評価すること。
• フェリマグネティック絶縁体における表面磁化を、SMRが信頼できるプローブとして確立すること。

提案手法

• 分子線エpitaxyを用いて、エpitaxial（001）および（111）配向のコバルト鉄酸化物（CFO）フェリマグネティック絶縁体膜上にPtバーを形成する。
• さまざまな磁場条件下で磁気抵抗測定を実施し、SMR信号を抽出する。
• イン・スイット成長とエクス・スイット成長の条件を比較することで、界面品質への影響を評価する。
• SMRの大きさを分析し、スピン依存現象の主要パラメータであるスピンミキシング界面電導度を推定する。
• CFOの結晶学的配向と界面スピン輸送を関連付けることで、構造的および組成的要因の影響を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 界面処理条件（イン・スイット対エクス・スイット）が、Pt/CFO異種接合におけるスピンホール磁気抵抗の大きさにどのように影響するか？
• RQ2 CFOの結晶学的配向（001 対 111）が、界面スピンミキシング電導度をどのように調整するか？
• RQ3 Pt/CFO界面における磁性イオンの組成と密度が、スピン輸送特性に及ぼす影響はどの程度か？
• RQ4 SMRは、フェリマグネティック絶縁体における表面磁化を信頼できるプローブとして利用可能か？

主な発見

• Pt/CFO異種接合が1工程でイン・スイット成長された場合、スピンホール磁気抵抗（SMR）が最大値に達し、界面品質が優れていることが示された。
• （001）および（111）配向のCFO界面におけるスピンミキシング電導度に顕著な差が認められ、スピン輸送の異方的挙動が示された。
• CFOの配向に応じたスピンミキシング電導度の変化は、界面における磁性イオンの密度と組成が、スピン注入および検出に重要な役割を果たしていることを示唆している。
• SMRは、界面条件が最適化された場合、フェリマグネティック絶縁体における表面磁化を高感度でプローブする有効な手段である。