Bias-free spin-wave propagation in a micrometer-thick ferrimagnetic film with perpendicular magnetic anisotropy

凝聚态物理 自旋波 磁化 铁磁性 材料科学 磁各向异性 磁场 马格农 物理 铁磁性 量子力学
作者
Jiapeng Xu,Dainan Zhang,Yuanjing Zhang,Zhiyong Zhong,Huaiwu Zhang,Xinkai Xu,Xiaopeng Luo,Qinghui Yang,Bo Liu,Lichuan Jin
出处
期刊:AIP Advances [American Institute of Physics]
卷期号:12 (6) 被引量:4
标识
DOI:10.1063/5.0098656
摘要

The isotropic transmission of magnetostatic forward volume spin waves in magnetic films with perpendicular magnetic anisotropy (PMA) is shown to be useful in the implementation of magnon-based micro-conduits. However, to our knowledge, non-magnetic-bias-field spin-wave propagation in a PMA magnetic insulator has not been achieved yet, which constrains the development of magnonic information devices and systems. Herein, we demonstrate a robust, bias-free spin-wave transmission in an 18.5-μm-thick bismuth-doped thulium iron garnet film with PMA. This ferrimagnetic film grown by liquid phase epitaxy exhibits high quality in both its crystal structure and its chemical composition and displays a large PMA field of ∼173 mT. The bias-free and reciprocal propagation of spin waves is demonstrated by all-electrical spectroscopy and provides a group velocity of 4.90 km s−1 and a decay length of 20.5 µm at zero magnetic field. Direct imaging of the remnant state indicates that the bias-free spin waves propagate along the oppositely oriented stripe domains with Bloch-type walls, which are formed by in-plane pre-magnetization. Our work contributes to the construction of isotropic charge-free micro-circuits with high levels of integration and nonvolatility.

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