[论文解读] Comment on "Pt magnetic polarization on Y3Fe5O12 and magnetotransport characteristics"

Stephan Geprägs, Sebastian T. B. Goennenwein+6 more|arXiv (Cornell University)|Jul 18, 2013

Magnetic properties of thin films被引用 5

一句话总结

本文通过主张所观测到的磁阻效应源于磁性近邻效应而非自旋霍尔磁阻效应，挑战了在Pt/Y3Fe5O12异质结构中对自旋霍尔磁阻的解释。利用X射线磁圆二向色性（XMCD），作者报告了每个Pt原子诱导的磁矩为0.054 μB，这与他们先前从较厚Pt薄膜中得出的0.003 μB/原子的上限相矛盾，表明先前模型未考虑的厚度依赖性近邻效应存在。

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].

研究动机与目标

• 挑战将Pt/Y3Fe5O12异质结构中磁阻归因于自旋霍尔效应的解释。
• 提供实验证据，支持磁性近邻效应是观测到的输运各向异性的起源。
• 调和在Pt/Y3Fe5O12界面处Pt诱导磁矩的XMCD测量结果之间的矛盾。
• 解决近期观测结果与早期对Pt磁矩上限估计之间的差异。

提出的方法

• 在生长于Y3Fe5O12上的1.5 nm Pt薄膜上，于Pt L2,3边进行X射线磁圆二向色性（XMCD）测量。
• 使用标准分析程序，从XMCD谱中量化每个Pt原子的诱导磁矩。
• 将测得的磁矩与同一系统中较厚Pt薄膜（3、7、10 nm）先前报告的上限进行比较。
• 利用XMCD数据推断Pt通过与铁氧体Y3Fe5O12衬底的近邻作用所诱导的平均磁矩。
• 评估观测到的磁矩与自旋霍尔磁阻理论模型的一致性。
• 通过对比薄（1.5 nm）和厚（3–10 nm）薄膜的结果，评估诱导磁矩的厚度依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 Pt/Y3Fe5O12薄膜中观测到的磁阻是源于自旋霍尔效应还是磁性近邻效应？
• RQ2 Pt/Y3Fe5O12界面处Pt的诱导磁矩实际大小是多少？
• RQ3 Pt薄膜厚度如何影响Pt中的诱导磁矩？
• RQ4 先前报告的Pt磁矩上限是否与新测量的薄膜XMCD数据一致？
• RQ5 XMCD数据能否解决自旋霍尔效应与近邻效应解释磁阻之间的矛盾？

主要发现

• 对1.5 nm Pt薄膜的XMCD测量得到每个Pt原子平均诱导磁矩为0.054 Bohr磁子。
• 该值与先前从较厚薄膜（3、7、10 nm）报告的（0.003 ± 0.001）Bohr磁子/原子的上限相矛盾。
• 该差异表明Pt/Y3Fe5O12界面处磁性近邻效应具有强烈的厚度依赖性。
• 观测到的磁矩与自旋霍尔磁阻模型不一致，后者预测Pt磁化强度可忽略不计。
• 结果支持磁性近邻效应是观测到的磁阻的主要机制。
• 数据表明，由于厚度依赖的界面耦合，早期的上限估计可能不能代表超薄Pt薄膜的真实情况。