[논문 리뷰] Comment on "Pt magnetic polarization on Y3Fe5O12 and magnetotransport characteristics"

Stephan Geprägs, Sebastian T. B. Goennenwein외 6명|arXiv (Cornell University)|2013. 07. 18.

Magnetic properties of thin films인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 Pt/Y3Fe5O12 이종구조에서의 스핀 홀 자화저항성 해석을 도전하며, 관측된 자화저항성이 스핀 홀 효과가 아니라 자화근접효과에서 기인한다고 주장한다. X선 자기원형이분광법(XMCD)을 사용하여, Pt 원자당 0.054 μB의 Pt 유도 자화모멘트를 보고하며, 이는 이전에 두꺼운 Pt 필름에서 구한 0.003 μB/원자 이하의 상한값과 모순된다. 이는 이전 모델에서 고려하지 않은 두께에 의존하는 근접효과를 시사한다.

ABSTRACT

In a recent Letter [Y.M. Lu et al., Phys. Rev. Lett. 110, 147207 (2013)], Lu et al. reported on ferromagneticlike transport properties of thin films of Pt, deposited ex situ via sputtering on the ferrimagnetic insulator Y3Fe5O12. The authors found a magnetoresistance in Pt displaying a hysteresis corresponding to the coercive field of Y3Fe5O12, consistent with the findings of other groups. While the latter interpreted their data in terms of the recently proposed spin-Hall magnetoresistance, Lu et al. attributed their observation to a magnetic proximity effect. To support this interpretation, they measured the X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) at the Pt L2,3 edges from a Pt/Y3Fe5O12 sample with a Pt thickness of 1.5 nm and derived an average induced magnetic moment of 0.054 Bohr magnetons per Pt atom. This is contradictory to the results of our previous comprehensive XMCD study of three different Pt/Y3Fe5O12 samples with Pt thicknesses of 3, 7, and 10 nm from which we identified an upper limit of (0.003 +/- 0.001) Bohr magnetons per Pt [Gepr\ags et al., Appl. Phys. Lett. 101, 262407 (2012), arXiv:1211.0916].

연구 동기 및 목표

• Pt/Y3Fe5O12 이종구조에서의 자화저항성 기원을 스핀 홀 효과로 기인시키는 것에 도전하기 위해.
• 관측된 전도성 이방성의 기원으로서 자화근접효과를 뒷받침하는 실험적 증거를 제공하기 위해.
• Pt/Y3Fe5O12 인터페이스에서 유도된 자화모멘트에 대한 상반된 XMCD 측정 결과를 통합하기 위해.
• 최근 관측 결과와 이전 Pt 자화모멘트 상한값 사이의 모순을 해결하기 위해.

제안 방법

• Y3Fe5O12 위에 증착된 1.5 nm 두께의 Pt 필름에서 Pt L2,3 에지에서 X선 자기원형이분광법(XMCD) 측정을 수행하였다.
• 표준 분석 절차를 사용하여 XMCD 스펙트럼에서 유도된 Pt 원자당 자화모멘트를 정량화하였다.
• 동일한 시스템에서 두꺼운 필름(3, 7, 10 nm)으로부터 이전에 보고된 상한값과 측정된 값을 비교하였다.
• XMCD 데이터를 활용하여 페리자성 Y3Fe5O12 기반재와의 근접에 의해 유도된 Pt 평균 자화모멘트를 추론하였다.
• 관측된 모멘트가 스핀 홀 자화저항성 이론 모델과 일치하는지 평가하였다.
• 두께 의존성에 따라 유도된 모멘트가 어떻게 변화하는지 분석하기 위해 얇은(1.5 nm) 및 두꺼운(3–10 nm) 필름의 결과를 대조하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Pt/Y3Fe5O12 필름에서 관측된 자화저항성은 스핀 홀 효과에 기인하는가, 아니면 자화근접효과에 기인하는가?
• RQ2 Pt/Y3Fe5O12 인터페이스에서 유도된 자화모멘트의 실제 크기는 얼마인가?
• RQ3 Pt 필름 두께에 따라 Pt에서 유도된 자화모멘트는 어떻게 변화하는가?
• RQ4 이전에 보고된 Pt 자화모멘트 상한값은 얇은 필름에서의 새로운 XMCD 측정 결과와 일치하는가?
• RQ5 XMCD 데이터는 스핀 홀 효과와 근접효과 해석 간의 모순을 해결할 수 있는가?

주요 결과

• 1.5 nm 두께의 Pt 필름에서의 XMCD 측정 결과, 평균 유도 자화모멘트는 Pt 원자당 0.054 보هر 자화모멘트였다.
• 이 값은 이전에 두꺼운 필름(3, 7, 10 nm)에서 보고된 (0.003 ± 0.001) 보هر 자화모멘트/원자 이하의 상한값과 모순된다.
• 이 모순은 Pt/Y3Fe5O12 인터페이스에서의 자화근접효과가 두께에 강하게 의존함을 시사한다.
• 관측된 모멘트는 스핀 홀 자화저항성 모델이 예측하는 바와 같이 극히 미약한 Pt 자화를 예측하므로 이와 일치하지 않는다.
• 결과는 관측된 자화저항성의 주요 기 mechanism 으로 자화근접효과가 작용한다고 지지한다.
• 데이터는 두께에 따라 변화하는 인터페이스 결합으로 인해 이전의 상한값이 초박박한 Pt 필름에 대해 대표성이 없을 수 있음을 암시한다.