We studied the magnetoresistance of normal metal (NM)/ferromagnet (FM) bilayers in the linear and nonlinear (current-dependent) regimes and compared it with the amplitude of the spin-orbit torques and thermally induced electric fields. Our experiments reveal that the magnetoresistance of the heavy NM/Co bilayers (NM = Ta, W, and Pt) is phenomenologically similar to the spin Hall magnetoresistance (SMR) of YIG/Pt, but has a much larger anisotropy of the order of 0.5%, which increases with the atomic number of the NM. This SMR-like behavior is absent in light NM/Co bilayers (NM = Ti and Cu), which present the standard anisotropic magnetoresistance expected from polycrystalline FM layers. In the Ta, W, and Pt/Co bilayers, we find an additional magnetoresistance directly proportional to the current and to the transverse component of the magnetization. This so-called unidirectional SMR, of the order of 0.005%, is largest in W and correlates with the amplitude of the antidamping spin-orbit torque. The unidirectional SMR is below the accuracy of our measurements in YIG/Pt.

1.
M.
Dyakonov
and
V.
Perel
,
Phys. Lett. A
35
,
459
(
1971
).
2.
V. M.
Edelstein
,
Solid State Commun.
73
,
233
(
1990
).
3.
A.
Manchon
and
S.
Zhang
,
Phys. Rev. B
78
,
212405
(
2008
).
4.
P. M.
Haney
,
H.-W.
Lee
,
K.-J.
Lee
,
A.
Manchon
, and
M.
Stiles
,
Phys. Rev. B
87
,
174411
(
2013
).
5.
K.
Ando
,
S.
Takahashi
,
K.
Harii
,
K.
Sasage
,
J.
Ieda
,
S.
Maekawa
, and
E.
Saitoh
,
Phys. Rev. Lett.
101
,
036601
(
2008
).
6.
I. M.
Miron
,
G.
Gaudin
,
S.
Auffret
,
B.
Rodmacq
,
A.
Schuhl
,
S.
Pizzini
,
J.
Vogel
, and
P.
Gambardella
,
Nat. Mater.
9
,
230
(
2010
).
7.
I. M.
Miron
,
K.
Garello
,
G.
Gaudin
,
P.-J.
Zermatten
,
M. V.
Costache
,
S.
Auffret
,
S.
Bandiera
,
B.
Rodmacq
,
A.
Schuhl
, and
P.
Gambardella
,
Nature
476
,
189
(
2011
).
8.
K.
Garello
,
I. M.
Miron
,
C. O.
Avci
,
F.
Freimuth
,
Y.
Mokrousov
,
S.
Blügel
,
S.
Auffret
,
O.
Boulle
,
G.
Gaudin
, and
P.
Gambardella
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
587
(
2013
).
9.
J.
Kim
,
J.
Sinha
,
M.
Hayashi
,
M.
Yamanouchi
,
S.
Fukami
,
T.
Suzuki
,
S.
Mitani
, and
H.
Ohno
,
Nat. Mater.
12
,
240
(
2013
).
10.
J. R.
Sánchez
,
L.
Vila
,
G.
Desfonds
,
S.
Gambarelli
,
J.
Attané
,
J.
De Teresa
,
C.
Magén
, and
A.
Fert
,
Nat. Commun.
4
,
2944
(
2013
).
11.
T.
Skinner
,
M.
Wang
,
A.
Hindmarch
,
A.
Rushforth
,
A.
Irvine
,
D.
Heiss
,
H.
Kurebayashi
, and
A.
Ferguson
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
062401
(
2014
).
12.
L.
Liu
,
C.-F.
Pai
,
Y.
Li
,
H.
Tseng
,
D.
Ralph
, and
R.
Buhrman
,
Science
336
,
555
(
2012
).
13.
K.
Garello
,
C. O.
Avci
,
I. M.
Miron
,
M.
Baumgartner
,
A.
Ghosh
,
S.
Auffret
,
O.
Boulle
,
G.
Gaudin
, and
P.
Gambardella
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
212402
(
2014
).
14.
L.
Liu
,
T.
Moriyama
,
D.
Ralph
, and
R.
Buhrman
,
Phys. Rev. Lett.
106
,
036601
(
2011
).
15.
M.
Cubukcu
,
O.
Boulle
,
M.
Drouard
,
K.
Garello
,
C. O.
Avci
,
I. M.
Miron
,
J.
Langer
,
B.
Ocker
,
P.
Gambardella
, and
G.
Gaudin
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
042406
(
2014
).
16.
V. E.
Demidov
,
S.
Urazhdin
,
H.
Ulrichs
,
V.
Tiberkevich
,
A.
Slavin
,
D.
Baither
,
G.
Schmitz
, and
S. O.
Demokritov
,
Nat. Mater.
11
,
1028
(
2012
).
17.
H.
Nakayama
,
M.
Althammer
,
Y.-T.
Chen
,
K.
Uchida
,
Y.
Kajiwara
,
D.
Kikuchi
,
T.
Ohtani
,
S.
Geprägs
,
M.
Opel
,
S.
Takahashi
 et al,
Phys. Rev. Lett.
110
,
206601
(
2013
).
18.
C.
Hahn
,
G.
De Loubens
,
O.
Klein
,
M.
Viret
,
V. V.
Naletov
, and
J. B.
Youssef
,
Phys. Rev. B
87
,
174417
(
2013
).
19.
M.
Althammer
,
S.
Meyer
,
H.
Nakayama
,
M.
Schreier
,
S.
Altmannshofer
,
M.
Weiler
,
H.
Huebl
,
S.
Geprägs
,
M.
Opel
,
R.
Gross
 et al,
Phys. Rev. B
87
,
224401
(
2013
).
20.
N.
Vlietstra
,
J.
Shan
,
B.
van Wees
,
M.
Isasa
,
F.
Casanova
, and
J. B.
Youssef
,
Phys. Rev. B
90
,
174436
(
2014
).
21.
S.
Vélez
,
V. N.
Golovach
,
M.
Isasa
,
A.
Bedoya-Pinto
,
E.
Sagasta
,
L.
Pietrobon
,
L. E.
Hueso
,
F. S.
Bergeret
, and
F.
Casanova
, “
Hanle-induced magnetoresistance in Pt thin films
,” preprint arXiv:1502.04624 (
2015
).
22.
C. O.
Avci
,
K.
Garello
,
A.
Ghosh
,
M.
Gabureac
,
S. F.
Alvarado
, and
P.
Gambardella
,
Nat. Phys.
11
,
570
575
(
2015
).
23.
K.
Olejník
,
V.
Novák
,
J.
Wunderlich
, and
T.
Jungwirth
,
Phys. Rev. B
91
,
180402
(
2015
).
24.
B.
Miao
,
S.
Huang
,
D.
Qu
, and
C.
Chien
,
Phys. Rev. Lett.
112
,
236601
(
2014
).
25.
A.
Kobs
,
S.
Heße
,
W.
Kreuzpaintner
,
G.
Winkler
,
D.
Lott
,
P.
Weinberger
,
A.
Schreyer
, and
H.
Oepen
,
Phys. Rev. Lett.
106
,
217207
(
2011
);
A.
Kobs
,
A.
Frauen
, and
H.
Oepen
,
Phys. Rev. B
90
,
016401
(
2014
).
26.
Y.
Lu
,
J.
Cai
,
S.
Huang
,
D.
Qu
,
B.
Miao
, and
C.
Chien
,
Phys. Rev. B
87
,
220409
(
2013
).
27.
J.
Kim
,
P.
Sheng
,
S.
Takahashi
,
S.
Mitani
, and
M.
Hayashi
, e-print arXiv:1503.08903.
28.
S.
Cho
,
S.-h. C.
Baek
,
K. D.
Lee
,
Y.
Jo
, and
B.-G.
Park
,
Sci. Rep.
5
,
14668
(
2015
).
29.
A. C.
Smith
,
J. F.
Janak
, and
R. B.
Adler
,
Electronic Conduction in Solids
(
McGraw-Hill
,
New York
,
1967
).
30.
M.
Weiler
,
M.
Althammer
,
M.
Schreier
,
J.
Lotze
,
M.
Pernpeintner
,
S.
Meyer
,
H.
Huebl
,
R.
Gross
,
A.
Kamra
,
J.
Xiao
 et al,
Phys. Rev. Lett.
111
,
176601
(
2013
).
31.
M.
Jungfleisch
,
V.
Lauer
,
R.
Neb
,
A.
Chumak
, and
B.
Hillebrands
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
022411
(
2013
).
32.
M.
Isasa
,
A.
Bedoya-Pinto
,
S.
Vélez
,
F.
Golmar
,
F.
Sánchez
,
L. E.
Hueso
,
J.
Fontcuberta
, and
F.
Casanova
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
142402
(
2014
).
33.
V. L.
Grigoryan
,
W.
Guo
,
G. E.
Bauer
, and
J.
Xiao
,
Phys. Rev. B
90
,
161412
(
2014
).
34.
C. O.
Avci
,
K.
Garello
,
M.
Gabureac
,
A.
Ghosh
,
A.
Fuhrer
,
S. F.
Alvarado
, and
P.
Gambardella
,
Phys. Rev. B
90
,
224427
(
2014
).
35.
C.-F.
Pai
,
L.
Liu
,
Y.
Li
,
H.
Tseng
,
D.
Ralph
, and
R.
Buhrman
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
122404
(
2012
).
36.
C. O.
Avci
,
K.
Garello
,
C.
Nistor
,
S.
Godey
,
B.
Ballesteros
,
A.
Mugarza
,
A.
Barla
,
M.
Valvidares
,
E.
Pellegrin
,
A.
Ghosh
,
I. M.
Miron
,
O.
Boulle
,
S.
Auffret
,
G.
Gaudin
, and
P.
Gambardella
,
Phys. Rev. B
89
,
214419
(
2014
).
37.
H.
Nguyen
,
W.
Pratt
, Jr.
, and
J.
Bass
,
J. Magn. Magn. Mater.
361
,
30
(
2014
).
38.
N.
Vlietstra
,
J.
Shan
,
V.
Castel
,
B.
van Wees
, and
J. B.
Youssef
,
Phys. Rev. B
87
,
184421
(
2013
).
39.
M.
Schreier
,
N.
Roschewsky
,
E.
Dobler
,
S.
Meyer
,
H.
Huebl
,
R.
Gross
, and
S. T.
Goennenwein
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
242404
(
2013
).
You do not currently have access to this content.