全金属介观自旋阀中的自旋注入与自旋积累

我们研究了具有透明界面的横向铁磁金属-非磁金属-铁磁金属 (F/N/F) 自旋阀器件中自旋积累的电学注入与探测。不同的铁磁金属——坡莫合金、钴 和镍 (Ni)——被用作电学自旋注入器和探测器。对于非磁金属，则使用了铝 (Al) 和铜。我们的多端几何结构使我们能够在实验上将自旋阀效应与其他磁阻信号（如反常磁阻 (AMR) 和霍尔效应）分离开来。我们发现，铁磁接触的 AMR 贡献可以主导自旋阀效应的幅度，使得在“常规”测量几何结构中无法观察到自旋阀效应。在“非局域”自旋阀测量中，我们能够完全隔离自旋阀信号，并在 T=4.2 K 以及室温 (RT) 下观察到清晰的自旋积累信号。对于铝，我们在 T=4.2 K 和 RT 下分别获得了 1.2 $\mu$m 和 600 nm 的自旋弛豫长度 ($\lambda_{sf}$)，而对于铜，我们分别获得了 1.0 $\mu$m 和 350 nm。我们将 Al 和 Cu 中的自旋弛豫时间 $\tau_{sf}$ 与理论以及从巨磁阻 (GMR)、传导电子自旋共振 (CESR)、反弱局域化和超导隧穿实验中获得的结果进行了比较。由 Py 电极产生的自旋阀信号（在 RT [T=4.2 K] 下 $\alpha_F \lambda_F=0.5 [1.2]$ nm）大于 Co 电极（在 RT [T=4.2 K] 下 $\alpha_F \lambda_F=0.3 [0.7]$ nm），而对于 Ni（在 RT 和 T=4.2 K 下 $\alpha_F \lambda_F<0.3$ nm），未观察到自旋信号。我们将这些值与从 GMR 实验中获得的结果进行了比较。