Spin Current Induced Control of Magnetization Dynamics

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	7 May 2018
Referee:	Prof. Dr. Christian H. Back
Date of exam:	8 February 2018
Institutions:	Physics > Institute of Experimental and Applied Physics > Alumni or Retired Professors > Chair Professor Back > Group Christian Back
Keywords:	Spin Orbit Torque, Spin Hall Effect, Rashba Effect, Magnetization Dynamics
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 530 Physics
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	37166

Abstract (English)

This thesis deals with the characterization and the use of charge-current induced torques on the magnetic layer in normal metal/ferromagnet heterostructures. These so-called spin orbit torques (SOTs) have different physical origins such as the spin Hall effect and the Rashba-Edelstein/spin galvanic effect. It therefore remains challenging to experimentally separate the different contributions ...

Abstract (English)

This thesis deals with the characterization and the use of charge-current induced torques on the magnetic layer in normal metal/ferromagnet heterostructures.
These so-called spin orbit torques (SOTs) have different physical origins such as the spin Hall effect and the Rashba-Edelstein/spin galvanic effect.
It therefore remains challenging to experimentally separate the different contributions in order to fully understand the physics of the current-to-torque conversion.
One part of the work is therefore dedicated to the comparison of two complementary SOT measurement techniques in a Pt(x nm)/Py(4 nm) model system. The analysis is focused on the question whether the measured data can be understood within a common drift diffusion model based on the spin Hall effect.
The second part deals with the dynamics of current-induced magnetization reversal in perpendicular magnetized Pt/Co elements. For the first time, a temporal and spatially resolved study of such a process is presented.
Both experiments are carried out by using the time-resolved magneto-optical Kerr effect and ferromagnetic resonance-based methods.

Translation of the abstract (German)

Die vorliegende Arbeit behandelt sowohl die Charakterisierung und Quantifizierung als auch die Anwendung von strominduzierten Drehomenten auf die Magnetisierung in Normalmetall/Ferromagnet-Heterostrukturen. Diese sogenannten Spin-Bahn-Drehmomente (SOT) haben verschiedene physikalische Ursachen wie z.B. den Spin-Hall-Effekt und den Rashba-Edelstein/Spin-galvanischen Effekt, was die experimentelle ...

Translation of the abstract (German)

Die vorliegende Arbeit behandelt sowohl die Charakterisierung und Quantifizierung als auch die Anwendung von strominduzierten Drehomenten auf die Magnetisierung in Normalmetall/Ferromagnet-Heterostrukturen. Diese sogenannten Spin-Bahn-Drehmomente (SOT) haben verschiedene physikalische Ursachen wie z.B. den Spin-Hall-Effekt und den Rashba-Edelstein/Spin-galvanischen Effekt, was die experimentelle Trennung - und damit das vollständige Verständnis der beteiligten Physik - erschwert.
Ein Teil dieser Arbeit widmet sich daher dem Vergleich zweier komplementärer Messtechniken anhand eines Pt(x nm)/Py(4 nm)-Modellsystems. Die Analyse der Daten konzentriert sich dabei auf die Frage, ob die experimentellen Werte im Rahmen eines gemeinsamen Drift-Diffusions-Modells, basierend auf dem Spin-Hall-Effekt, verstanden werden können.
Im zweiten Teil wird schließlich die Magnetisierungsdynamik von strominduzierten Schaltvorgängen in senkrecht magnetisierten Pt/Co Elementen untersucht, wobei erstmals eine zeit- und ortsaufgelöste Messung solch eines Prozesses präsentiert wird.
Beide Experimente basieren auf dem zeitaufgelösten magnetooptischen Kerr-Effekt und auf Techniken im Kontext der ferromagnetischen Resonanz.

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