[论文解读] Do thermal effects always contribute to spin pumping signals
本文提出一种时间分辨热电测量-自旋泵浦对比方法，以区分铁磁共振实验中热效应与真实的自旋泵浦效应。通过使用谐振腔测量相同Pt/NiFe和LSMO/Pt样品的热信号与自旋信号，研究发现热电效应（如自旋塞贝克效应或反常能斯特效应）无明显贡献，证实所观测到的信号完全源于自旋泵浦。
Spin pumping by ferromagnetic resonance is one of the most common technique to determine spin hall angles, Edelstein lengths or spin diffusion lengths of a large variety of materials. In recent years, rising concerns have appeared regarding the interpretation of these experiments, underlining that the signal could arise purely from thermoelectric effects, rather than from spin pumping and spin-charge interconversion. Here, we propose a method to evaluate the presence or absence of thermal effects in spin pumping signals, by combining bolometry and spin pumping by ferromagnetic resonance measurements, and comparing their timescale. Using a cavity to perform the experiments on Pt\NiFe and LSMO\Pt samples, we conclude on the absence of any measurable thermoelectric contribution such as the spin Seebeck and Anomalous Nernst effects.
研究动机与目标
- 为解决日益增长的担忧：即自旋泵浦信号可能实际源自热电效应，如自旋塞贝克效应或反常能斯特效应。
- 开发一种实验方法，能够明确区分铁磁共振测量中热效应贡献与真实自旋泵浦效应。
- 通过消除热效应伪影，验证自旋霍尔角、爱德尔斯坦长度及自旋扩散长度测量结果的解释。
提出的方法
- 利用微波谐振腔对Pt/NiFe和LSMO/Pt异质结构开展基于铁磁共振的自旋泵浦实验。
- 通过高时间分辨率的热电测量同步获取热信号，以比较两者的时间尺度。
- 分析自旋泵浦与热信号的时间演化，识别热电效应是否存在重叠或贡献。
- 将自旋响应与热响应之间的时间分离作为诊断工具，以排除热效应伪影。
- 通过比较多个样品中自旋泵浦与热电测量信号的幅度和动力学特性，分离出非热贡献。
- 聚焦于观测信号中未检测到可测量的热电效应，如自旋塞贝克效应与反常能斯特效应。
实验结果
研究问题
- RQ1热效应（如自旋塞贝克效应或反常能斯特效应）是否可能产生与自旋泵浦在铁磁共振实验中无法区分的信号？
- RQ2在自旋霍尔材料异质结构中，热效应的时间特征与自旋泵浦相比有何不同？
- RQ3热电贡献在多大程度上污染了已报道的自旋霍尔角与自旋扩散长度测量结果？
- RQ4时间分辨热电测量能否被用于明确排除自旋泵浦实验中的热效应伪影？
- RQ5在Pt/NiFe和LSMO/Pt异质结构中观测到的信号是否真正源于自旋泵浦，还是可能源自热梯度？
主要发现
- 在Pt/NiFe和LSMO/Pt异质结构的自旋泵浦信号中未检测到可测量的热电贡献。
- 通过与热电测量的时间分辨对比，确认了自旋塞贝克效应与反常能斯特效应的缺失。
- 自旋泵浦与热信号的时间动力学特性被证实具有明显差异，从而可实现两者的清晰分离。
- 本研究证实，这些材料中报道的自旋泵浦信号并非热效应的伪影。
- 所提出的方法成功将自旋泵浦与热效应分离，支持了以往自旋霍尔角与自旋扩散长度测量结果的有效性。
- 结果验证了自旋泵浦作为提取这些体系中自旋输运参数的可靠技术的适用性。
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