yig/nio/ptヘテロ構造のスピン電流輸送に対する界面粗さスピン散乱の影響

界面特性は、強磁性（FM）層から非磁性（nm）層へのスピン電流注入に重要な役割を果たします。これまでのところ、インピーダンスマッチングとスピン軌道カップリングは、FM/nmヘテロ構造のスピン電流輸送における2つの重要でよく知られている要因です。この作業では、Y3FE5O12（YIG）/NIO/PTヘテロ構造のスピン電流輸送を、スピンホールの磁気抵抗および逆スピンホール効果測定により調査しました。反強磁性絶縁体NIOの層を挿入することにより、Yigおよび異常なスピンホール電圧に影響を与える磁気近接効果を効率的にブロックすることができます。強磁性共鳴とスピンポンピング測定により、強磁性/反強磁気交換カップリングが、NIO層が厚いときにYig/NIO界面でのスピン電流の伝達を阻害することが検証されました。原子間力顕微鏡および球面異常補正透過透過電子顕微鏡検査により、NIOとPTの間の強い界面粗さが強化されたスピン散乱により、NIO層が薄い、または不連続なときにスピンホールの磁気抵抗の両方が大幅に増加する可能性があることが証明されました。YIG/NIO/PTヘテロ構造に基づいたこの界面の粗さが支配的なスピン散乱メカニズムは、新しい発見であり、効率的なスピン電流注入を備えた低凍結症のスピントロニックデバイスの構築においてこのメカニズムを利用する重要な可能性があります。

Interfacial properties play a vital role in spin current injection from the ferromagnetic (FM) layer into the nonmagnetic (NM) layer. So far, impedance matching and spin-orbit coupling are two important, well-known factors in spin current transport in FM/NM heterostructures. In this work, the spin current transport in Y3Fe5O12 (YIG)/NiO/Pt heterostructures was investigated by spin Hall magnetoresistance and inverse spin Hall effect measurements. By inserting a layer of antiferromagnetic insulator NiO, the magnetic proximity effect affecting the Pt atoms owing to YIG and the anomalous spin Hall voltage can be efficiently blocked. Ferromagnetic resonance and spin pumping measurements verified that the ferromagnetic/antiferromagnetic exchange coupling inhibits transmission of the spin current at the YIG/NiO interface when the NiO layer is thick. Atomic force microscopy and spherical aberration-corrected transmission electron microscopy proved that the strong interfacial roughness-enhanced spin scattering between NiO and Pt can greatly increase both the inverse spin Hall voltage and the spin Hall magnetoresistance when the NiO layer is thin or even discontinuous. This interface roughness-dominated spin scattering mechanism based on the YIG/NiO/Pt heterostructure is a new discovery, and there is significant potential for exploiting this mechanism in the construction of low-dissipation spintronic devices with an efficient spin current injection.