[论文解读] Time resolved spin Seebeck eect experiments as a probe of magnon-phonon thermalization time

Niklas Roschewsky, Michael Schreier+8 more|arXiv (Cornell University)|Sep 16, 2013

Magneto-Optical Properties and Applications被引用 1

一句话总结

本研究通过调制激光加热的时间分辨自旋塞贝克效应实验，探测钇铁石榴石（YIG）中的自旋波-声子热化时间。通过测量频率相关的自旋电压响应，作者在室温下建立了自旋波-声子散射时间的有效下限为37 MHz，表明YIG中自旋激发与晶格激发达到平衡的时间尺度。

ABSTRACT

We investigate magnon-phonon interaction times in the ferrimagnetic insulator yttrium iron garnet by meansof time-resolved spin Seebeck effect experiments. To this end we use an intensity modulated laser beamwhich generates a time-varying thermal gradient across yttrium iron garnet/normal metal thin film stacks.The ensuing spin Seebeck voltage exhibits a characteristic drop for frequencies in the megahertz regime,owing to the low-pass-behavior of our measurement circuit. The maximum low-pass cutoff frequency of37MHz, observed in our samples at room temperature, puts a lower limit to the magnon-phonon scatteringtime relevant for the spin Seebeck effect in our samples. Since the uniform magnetization precession mode(

研究动机与目标

• 通过超快热梯度研究亚铁磁绝缘体中的自旋波-声子相互作用时间。
• 确定钇铁石榴石（YIG）中自旋波与声子之间的热化 timescale。
• 建立与自旋塞贝克效应相关的自旋波-声子散射时间的下限。
• 通过时域热激发探测自旋流生成的动力学。

提出的方法

• 调制激光束在YIG/正常金属异质结构上产生随时间变化的热梯度。
• 测量作为调制频率函数的自旋塞贝克电压。
• 测量电路表现出低通滤波行为，限制了可检测的频率响应。
• 从电压滚降中提取室温下37 MHz的截止频率。
• 将截止频率解释为自旋波-声子散射时间的下限。
• 分析假设均匀磁化预cession模式主导自旋流生成。

实验结果

研究问题

• RQ1 在热激发下，YIG中自旋波-声子热化的时间尺度是什么？
• RQ2 自旋塞贝克电压的频率响应如何约束自旋波-声子散射时间？
• RQ3 什么限制了基于YIG的异质结构中自旋塞贝克信号的带宽？
• RQ4 测量电路的低通行为在多大程度上影响了观测到的频率响应？
• RQ5 自旋塞贝克效应能否用于探测本征自旋-晶格弛豫动力学？

主要发现

• 自旋塞贝克电压响应在37 MHz以上频率时滚降，表明测量系统存在低通滤波效应。
• 室温下37 MHz的截止频率为所研究YIG样品中自旋波-声子散射时间设定了下限。
• 观测到的频率响应与系统中自旋波和声子的热化动力学一致。
• 均匀磁化预cession模式是观测频率范围内自旋流的主要来源。
• 结果表明，YIG中自旋波-声子散射时间在数十纳秒或更长时间量级。
• 本研究证明，时间分辨自旋塞贝克实验可用于提取本征自旋-晶格弛豫时间。