Inverse spin-Hall effect induced by spin pumping in metallic systems

金属系におけるスピンポンピングにより誘起された逆スピンホール効果

安藤 和也*; 高橋 三郎; 家田 淳一   ; 梶原 瑛祐*; 中山 裕康*; 吉野 達郎*; 針井 一哉*; 藤川 安仁*; 松尾 衛*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Ando, Kazuya*; Takahashi, Saburo; Ieda, Junichi; Kajiwara, Yosuke*; Nakayama, Hiroyasu*; Yoshino, Tatsuro*; Harii, Kazuya*; Fujikawa, Yasunori*; Matsuo, Mamoru*; Maekawa, Sadamichi; Saito, Eiji

強磁性/常磁性複層系において、スピンポンピングによって誘起された逆スピンホール効果(ISHE)の系統的な研究を行う。強磁性共鳴により駆動されたスピンポンピングが常磁性層にスピン流を注入し、常磁性層におけるISHEの作用によりスピン流に対して横向きに起電力が生じる。NiFe/Pt薄膜系では、強磁性共鳴条件において印加磁場の向きと直交する方向に起電力が発生することがわかった。起電力のスペクトル形状はローレンツ関数を用いてよく再現され、観測された起電力は完全にスピンポンピング誘起のISHEによるものであることを示している。すなわち、本実験ではその他の外的な磁気電圧効果は排除されている。起電力はマイクロ波強度,印加磁場の方向,薄膜の大きさに対し系統的に変化する。この振る舞いはLandau-Lifshitz-Gilbert方程式に基づく理論計算によりよく再現される。また、この起電力は、NiFeを強磁性絶縁体YFeGaOで置き換えたPt/YFeGaO複層膜系においても観測され、スピンポンピング誘起ISHEが起電力の起源となっていることを示唆している。

The inverse spin-Hall effect (ISHE) induced by the spin pumping has been investigated systematically in simple ferromagnetic/paramagnetic bilayer systems. The spin pumping driven by ferromagnetic resonance injects a spin current into the paramagnetic layer, which gives rise to an electromotive force transverse to the spin current using the ISHE in the paramagnetic layer. In a NiFe/Pt film, we found an electromotive force perpendicular to the applied magnetic field at the ferromagnetic resonance condition. The spectral shape of the electromotive force is well reproduced using a simple Lorentz function, indicating that the electromotive force is due entirely to the ISHE induced by the spin pumping; the extrinsic magnetogalvanic effects are eliminated in this measurement. The electromotive force varies systematically by changing the microwave power, magnetic-field angle, and film size, which are well reproduced by a calculation based on the Landau-Lifshitz-Gilbert equation combined with the models of the ISHE and spin pumping. The electromotive force was observed also in a Pt/YFeGaO film, in which the metallic NiFe layer is replaced by an insulating YFeGaO layer, supporting that the spin-pumping-induced ISHE is responsible for the observed electromotive force.