In this work, we report on the demonstration of voltage-driven spin wave excitation, where spin waves are generated by multiferroic magnetoelectric (ME) cell transducers driven by an alternating voltage, rather than an electric current. A multiferroic element consisting of a magnetostrictive Ni film and a piezoelectric [Pb(Mg1/3Nb2/3)O3](1−x)–[PbTiO3]x substrate was used for this purpose. By applying an AC voltage to the piezoelectric, an oscillating electric field is created within the piezoelectric material, which results in an alternating strain-induced magnetic anisotropy in the magnetostrictive Ni layer. The resulting anisotropy-driven magnetization oscillations propagate in the form of spin waves along a 5 μm wide Ni/NiFe waveguide. Control experiments confirm the strain-mediated origin of the spin wave excitation. The voltage-driven spin wave excitation, demonstrated in this work, can potentially be used for low-dissipation spin wave-based logic and memory elements.

1.
G. E.
Moore
,
Proceedings of the IEEE
86
,
82
(
1998
).
2.
T. N.
Theis
and
P. M.
Solomon
,
Proceedings of the IEEE
98
,
2005
(
2010
).
3.
The International Technology Roadmap For semiconductors, 2011.
4.
D. A.
Allwood
,
G.
Xiong
,
C. C.
Faulkner
,
D.
Atkinson
,
D.
Petit
, and
R. P.
Cowburn
,
Science
309
,
1688
(
2005
).
5.
A.
Imre
,
G.
Csaba
,
L.
Ji
,
A.
Orlov
,
G. H.
Bernstein
, and
W.
Porod
,
Science
311
,
205
(
2006
).
6.
K. L.
Wang
and
P. K.
Amiri
,
SPIN
02
,
1250009
(
2012
).
7.
A.
Khitun
,
M.
Bao
, and
K. L.
Wang
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
43
,
264005
(
2010
).
8.
B.
Behin-Aein
,
D.
Datta
,
S.
Salahuddin
, and
S.
Datta
,
Nat. Nano
5
,
266
(
2010
).
9.
D. E.
Nikonov
and
I. A.
Young
,
IEEE Int. Electron Dev. Meet.
2012
,
25
4
.
10.
T.
Schneider
,
A. A.
Serga
,
B.
Leven
,
B.
Hillebrands
,
R. L.
Stamps
, and
M. P.
Kostylev
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
022505
(
2008
).
11.
K.-S.
Lee
and
S.-K.
Kim
,
J. Appl. Phys.
104
,
053909
(
2008
).
12.
Y.
Wu
,
M.
Bao
,
A.
Khitun
,
J.-Y.
Kim
,
A.
Hong
, and
K. L.
Wang
,
J. Nanoelectron. Optoelectron.
4
,
394
(
2009
).
13.
M.
Bao
,
K.
Wong
,
A.
Khitun
,
J.
Lee
,
Z.
Hao
,
K. L.
Wang
,
D. W.
Lee
, and
S. X.
Wang
,
Europhys. Lett.
84
,
27009
(
2008
).
14.
Y.
Kajiwara
,
K.
Harii
,
S.
Takahashi
,
J.
Ohe
,
K.
Uchida
,
M.
Mizuguchi
,
H.
Umezawa
,
H.
Kawai
,
K.
Ando
,
K.
Takanashi
,
S.
Maekawa
, and
E.
Saitoh
,
Nature
464
,
262
(
2010
).
15.
A. A.
Serga
,
A. V.
Chumak
, and
B.
Hillebrands
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
43
,
264002
(
2010
).
16.
S. I.
Kiselev
,
J. C.
Sankey
,
I. N.
Krivorotov
,
N. C.
Emley
,
R. J.
Schoelkopf
,
R. A.
Buhrman
, and
D. C.
Ralph
,
Nature
425
,
380
(
2003
).
17.
R.
de Sousa
and
J. E.
Moore
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
022514
(
2008
).
18.
P.
Rovillain
,
R.
De Sousa
,
Y.
Gallais
,
A.
Sacuto
,
M. A.
Méasson
,
D.
Colson
,
A.
Forget
,
M.
Bibes
,
A.
Barthélémy
, and
M.
Cazayous
,
Nature Mater.
9
,
975
(
2010
).
19.
D.
Mills
and
I.
Dzyaloshinskii
,
Phys. Rev. B
78
,
184422
(
2008
).
20.
T.
Wu
,
A.
Bur
,
P.
Zhao
,
K. P.
Mohanchandra
,
K.
Wong
,
K. L.
Wang
,
C. S.
Lynch
, and
G. P.
Carman
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
012504
(
2011
).
21.
C.-J.
Hsu
,
J. L.
Hockel
, and
G. P.
Carman
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
092902
(
2012
).
22.
T.
Wu
,
A.
Bur
,
K.
Wong
,
J. L.
Hockel
,
C.-J.
Hsu
,
H. K. D.
Kim
,
K. L.
Wang
, and
G. P.
Carman
,
J. Appl. Phys.
109
,
07D732
(
2011
).
23.
J. L.
Hockel
,
A.
Bur
,
T.
Wu
,
K. P.
Wetzlar
, and
G. P.
Carman
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
022401
(
2012
).
24.
M.
Weiler
,
L.
Dreher
,
C.
Heeg
,
H.
Huebl
,
R.
Gross
,
M. S.
Brandt
, and
S. T. B.
Goennenwein
,
Phys. Rev. Lett.
106
,
117601
(
2011
).
25.
R. W.
Damon
and
J. R.
Eshbach
,
J. Phys. Chem. Solids
19
,
308
(
1961
).
26.
R. E.
De Wames
and
T.
Wolfram
,
J. Appl. Phys.
41
,
987
(
1970
).
27.
M.
Bailleul
,
D.
Olligs
, and
C.
Fermon
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
972
(
2003
).
28.
L.
Dreher
,
M.
Weiler
,
M.
Pernpeintner
,
H.
Huebl
,
R.
Gross
,
M. S.
Brandt
, and
S. T. B.
Goennenwein
,
Phys. Rev. B
86
,
134415
(
2012
).
29.
S. M.
Rezende
and
F. R.
Morgenthaler
,
J. Appl. Phys.
40
,
537
(
1969
).
30.
R. E.
Camley
,
J. Appl. Phys.
50
,
5272
(
1979
).
31.
P. R.
Emtage
,
Phys. Rev. B
13
,
3063
(
1976
).
33.
J.
Lo
,
C.
Hwang
,
T. C.
Huang
,
R.
Campbell
, and
S.
Jose
,
IEEE Trans. Magn.
23
,
3065
(
1987
).
34.
J. P.
Reekstin
,
E. N.
Mitchell
,
G. I.
Lykken
,
G. D.
Babcock
,
I. W.
Wolf
,
T. S.
Crowther
,
T. R.
Long
,
W.
Metzdorf
, and
R. H.
Nelson
,
J. Appl. Phys.
38
,
1449
(
1967
).
35.
S.
Li
,
M.
Liu
,
J.
Lou
,
S.
Beguhn
,
J.
Wu
,
J.
Qiu
,
J.
Lin
,
Z.
Cai
,
Y.
Hu
,
F.
Xu
,
J.-G.
Duh
, and
N. X.
Sun
,
J. Appl. Phys.
111
,
07C705
(
2012
).
36.
T.
Sebastian
,
Y.
Ohdaira
,
T.
Kubota
,
P.
Pirro
,
T.
Bra
,
K.
Vogt
,
A. A.
Serga
,
H.
Naganuma
,
M.
Oogane
,
Y.
Ando
, and
B.
Hillebrands
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
112402
(
2012
).
37.
M.
Oogane
,
T.
Wakitani
,
S.
Yakata
,
R.
Yilgin
,
Y.
Ando
,
A.
Sakuma
, and
T.
Miyazaki
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
45
,
3889
(
2006
).
38.
J.
Walowski
,
M. D.
Kaufmann
,
B.
Lenk
,
C.
Hamann
,
J.
McCord
, and
M.
Münzenberg
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
41
,
164016
(
2008
).
39.
M.
Bao
,
A.
Khitun
,
Y.
Wu
,
J.-Y.
Lee
,
K. L.
Wang
, and
A. P.
Jacob
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
072509
(
2008
).
40.
A.
Khitun
,
D. E.
Nikonov
, and
K. L.
Wang
,
J. Appl. Phys.
106
,
123909
(
2009
).
You do not currently have access to this content.