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凝聚态物理 > 材料科学

arXiv:2508.21014 (cond-mat)
[提交于 2025年8月28日 ]

标题: 基于非共线反铁磁体的Py/Mn$_{3}$Pt异质结构中的受控自旋-电荷转换

标题: Controlled spin-to-charge conversion in noncollinear antiferromagnet-based Py/Mn$_{3}$Pt heterostructure

Authors:Indraneel Sinha, Saurav Sachin, Prashant Kumar, Atul Pandey, Bijoy Kumar Kuanr, Sujit Manna
摘要: 非共线反铁磁体(NCAFs)最近成为未来自旋电子技术的有希望的候选材料,提供超快切换、几乎没有漏磁场允许密集封装,并且对外部磁扰动具有鲁棒性。 当与铁磁体(FMs)界面结合时,它们可以强烈影响界面交换和自旋扭矩机制,这些机制能够操控磁序并实现超越传统重金属(HMs)基FM/HM异质结构的功能。 在这里,我们进行宽带铁磁共振(FMR)研究,系统地研究坡莫合金(Py)和Mn$_3$Pt双层中的磁化动力学和自旋-电荷转换。 高质量的Py薄膜提供了具有低吉尔伯特阻尼参数($\alpha_{\mathrm{eff}} \approx 9.8 \times 10^{-3}$)的明确FMR谱。 我们在Py/Mn$_3$Pt双层中观察到阻尼的显著增强,其本征值为$\alpha_{\mathrm{int}} \approx 3.1 \times 10^{-2}$,表明高效的自旋泵浦进入NCAF层。 频率依赖的线宽分析显示双层中主要是吉尔伯特型阻尼,相应的有效自旋混合电导($g^{\uparrow\downarrow}_{\mathrm{eff}} \approx 4.8 \times 10^{18}$m$^{-2}$)与其他高性能反铁磁异质结构相当。 这些结果对于确立NCAFs作为自旋生成的候选材料具有重要意义,并突显了Py/Mn$_3$Pt双层在高效和超快自旋电子应用中的潜力。
摘要: Noncollinear antiferromagnets (NCAFs) have recently emerged as promising candidates for future spintronic technologies, offering ultrafast switching, negligible stray fields allowing dense packing, and robustness against external magnetic perturbations. When interfaced with ferromagnets (FMs), they can strongly influence interfacial exchange and spin-torque mechanisms that enable manipulating magnetic order and realizing functionalities beyond conventional heavy metals (HMs) based FM/HM heterostructures. Here, we perform a broadband ferromagnetic resonance (FMR) study to systematically investigate the magnetization dynamics and spin-to-charge conversion in permalloy (Py) and Mn$_3$Pt bilayers. High-quality Py films provide a well-defined FMR spectra with a low Gilbert damping parameter ( $\alpha_{\mathrm{eff}} \approx 9.8 \times 10^{-3}$). We observe a pronounced enhancement of damping with intrinsic value $\alpha_{\mathrm{int}} \approx 3.1 \times 10^{-2}$ in the Py/Mn$_3$Pt bilayer, indicating efficient spin pumping into the NCAF layer. Frequency dependent linewidth analysis shows a predominantly Gilbert type damping in the bilayers and the corresponding effective spin-mixing conductance ( $g^{\uparrow\downarrow}_{\mathrm{eff}} \approx 4.8 \times 10^{18}$m$^{-2}$) is comparable to that of other high-performance antiferromagnetic heterostructures. These results are significant for establishing NCAFs as a candidate material for spin generation and highlights the potential of Py/Mn$_3$Pt bilayers for efficient and ultrafast spintronic applications.
评论: 10页带5个图表
主题: 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci) ; 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall)
引用方式: arXiv:2508.21014 [cond-mat.mtrl-sci]
  (或者 arXiv:2508.21014v1 [cond-mat.mtrl-sci] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.21014
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Sujit Manna Dr [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 8 月 28 日 17:17:47 UTC (18,920 KB)
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