The remarkable magnetic properties of yttrium iron garnets (YIGs) underpin the use of these materials in a broad scope of spintronic and photonic applications. In particular, the addition of rare earth metals in the structure enhances to a great extent the magneto-optical activity, which is beneficial for the development of nonreciprocal optical devices. Exploiting the wavelength selectivity of magneto-optics, we have identified a range of frequencies at which one can unravel the individual contributions to the magnetism and gyrotropic response arising from cerium and iron. We envision that this outcome may pave the way to further experiments to assess quantitatively the effect on the optical properties of rare earth incorporation into YIG.

1.
H.
Yu
,
O.
d'Allivy Kelly
,
V.
Cros
,
R.
Bernard
,
P.
Bortolotti
,
A.
Anane
,
F.
Brandl
,
R.
Huber
,
I.
Stasinopoulos
, and
D.
Grundler
,
Sci. Rep.
4
,
6848
(
2014
).
2.
Y.
Kajiwara
,
K.
Harii
,
S.
Takahashi
,
J.
Ohe
,
K.
Uchida
,
M.
Mizuguchi
,
H.
Umezawa
,
H.
Kawai
,
K.
Ando
,
K.
Takanashi
 et al,
Nature
464
,
262
(
2010
).
3.
H.
Kurebayashi
,
O.
Dzyapko
,
V. E.
Demidov
,
D.
Fang
,
A. J.
Ferguson
, and
S. O.
Demokritov
,
Nat. Mater.
10
,
660
(
2011
).
4.
A.
Kirihara
,
K.
Uchida
,
Y.
Kajiwara
,
M.
Ishida
,
Y.
Nakamura
,
T.
Manako
,
E.
Saitoh
, and
S.
Yorozu
,
Nat. Mater.
11
,
686
(
2012
).
5.
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
).
6.
M.
Schmid
,
S.
Srichandan
,
D.
Meier
,
T.
Kuschel
,
J.-M.
Schmalhorst
,
M.
Vogel
,
G.
Reiss
,
C.
Strunk
, and
C. H.
Back
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
187201
(
2013
).
7.
V.
Castel
,
N.
Vlietstra
,
J.
Ben Youssef
, and
B. J.
van Wees
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
132414
(
2012
).
8.
K.
Uchida
,
S.
Takahashi
,
K.
Harii
,
J.
Ieda
,
W.
Koshibae
,
K.
Ando
,
S.
Maekawa
, and
E.
Saitoh
,
Nature
455
,
778
(
2008
).
9.
K.
Uchida
,
J.
Xiao
,
H.
Adachi
,
J.
Ohe
,
S.
Takahashi
,
J.
Ieda
,
T.
Ota
,
Y.
Kajiwara
,
H.
Umezawa
,
H.
Kawai
 et al,
Nat. Mater.
9
,
894
(
2010
).
10.
J.
Flipse
,
F. K.
Dejene
,
D.
Wagenaar
,
G. E. W.
Bauer
,
J. B.
Youssef
, and
B. J.
van Wees
,
Phys. Rev. Lett.
113
,
027601
(
2014
).
11.
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
).
12.
N.
Vlietstra
,
J.
Shan
,
V.
Castel
,
B. J.
van Wees
, and
J.
Ben Youssef
,
Phys. Rev. B
87
,
184421
(
2013
).
13.
D.
Dai
,
J.
Bauters
, and
J. E.
Bowers
,
Light: Sci. Appl.
1
,
e1
(
2012
).
14.
L.
Bi
,
J.
Hu
,
P.
Jiang
,
D. H.
Kim
,
G. F.
Dionne
,
L. C.
Kimerling
, and
C. A.
Ross
,
Nat. Photonics
5
,
758
(
2011
).
15.
A. V.
Chumak
,
V. S.
Tiberkevich
,
A. D.
Karenowska
,
A. A.
Serga
,
J. F.
Gregg
,
A. N.
Slavin
, and
B.
Hillebrands
,
Nat. Commun.
1
,
141
(
2010
).
16.
F. D. M.
Haldane
and
S.
Raghu
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
013904
(
2008
).
17.
T.
Goto
,
M. C.
Onbaşlı
, and
C. A.
Ross
,
Opt. Express
20
,
28507
(
2012
).
18.
G. F.
Dionne
,
Magnetic Oxides
(
Springer
,
New York
,
2004
).
19.
C.
Leycuras
,
H.
Le Gall
,
J. M.
Desvignes
,
M.
Guillot
, and
A.
Marchand
,
IEEE Trans. Magn.
21
,
1660
(
1985
).
20.
M.
Bolduc
,
A. R.
Taussig
,
A.
Rajamani
,
G. F.
Dionne
, and
C. A.
Ross
,
IEEE Trans. Magn.
42
,
3093
(
2006
).
21.
M. C.
Sekhar
,
M. R.
Singh
,
S.
Basu
, and
S.
Pinnepalli
,
Opt. Express
20
,
9624
(
2012
).
22.
M.
Gomi
,
K.
Satoh
,
H.
Furuyama
, and
M.
Abe
,
J. Magn. Soc. Jpn.
13
,
163
(
1989
).
23.
M.
Gomi
,
K.
Satoh
, and
M.
Abe
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
27
,
L1536
(
1988
).
24.
M.
Gomi
,
H.
Furuyama
, and
M.
Abe
,
J. Appl. Phys.
70
,
7065
(
1991
).
25.
Y.
Xu
,
J. H.
Yang
, and
X. J.
Zhang
,
Phys. Rev. B
50
,
13428
(
1994
).
26.
X.
Liang
,
J.
Xie
,
L.
Deng
, and
L.
Bi
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
052401
(
2015
).
27.
S. A.
Manuilov
,
S. I.
Khartsev
, and
A. M.
Grishin
,
J. Appl. Phys.
106
,
123917
(
2009
).
28.
H.
Wang
,
C.
Du
,
P. C.
Hammel
, and
F.
Yang
,
Phys. Rev. B
89
,
134404
(
2014
).
29.
J. M.
Caicedo
,
O.
Pascu
,
M.
López-García
,
V.
Canalejas
,
A.
Blanco
,
C.
López
,
J.
Fontcuberta
,
A.
Roig
, and
G.
Herranz
,
ACS Nano
5
,
2957
(
2011
).
30.
M.
Rubio-Roy
,
O.
Vlasin
,
O.
Pascu
,
J. M.
Caicedo
,
M.
Schmidt
,
A. R.
Goñi
,
N. G.
Tognalli
,
A.
Fainstein
,
A.
Roig
, and
G.
Herranz
,
Langmuir
28
,
9010
(
2012
).
31.
R. L.
Streever
and
P. J.
Caplan
,
Phys. Rev. B
4
,
2881
(
1971
).
32.
A.
Kehlberger
,
K.
Richter
,
M. C.
Onbasli
,
G.
Jakob
,
D.
Hun Kim
,
T.
Goto
,
C. A.
Ross
,
G.
Götz
,
G.
Reiss
,
T.
Kuschel
 et al,
Phys. Rev. Appl.
4
,
014008
(
2015
).
33.
M.
Deb
,
E.
Popova
,
A.
Fouchet
, and
N.
Keller
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
45
,
455001
(
2012
).
34.
R. M.
Bozorth
,
Ferromagnetism
(
IEEE Magn. Soc.
,
New York
,
1993
), Chap. 11.
35.
T.
Kimura
,
T.
Goto
,
H.
Shintani
,
K.
Ishizaka
,
T.
Arima
, and
Y.
Tokura
,
Nature
426
,
55
(
2003
).
36.
T.
Goto
,
Y.
Yamasaki
,
H.
Watanabe
,
T.
Kimura
, and
Y.
Tokura
,
Phys. Rev. B
72
,
220403
(
2005
).
37.
P. M.
Levy
,
Phys. Rev.
147
,
320
(
1966
).
38.
M. R.
Alia
and
S. M.
Taher
,
J. Magn. Magn. Mater.
301
,
433
(
2006
).
39.
M. D.
Kuz'min
,
M.
Richter
, and
K. H. J.
Buschow
,
Solid State Commun.
113
,
47
(
1999
).
40.
L.
Zhang
,
J. C. P.
Klaasse
,
E.
Brück
,
K. H. J.
Buschow
,
F. R.
de Boer
,
S.
Yoshii
,
K.
Kindo
,
C.
Lefèvre
, and
G.
Venturini
,
Phys. Rev. B
70
,
224425
(
2004
).
41.
Y.
Janssen
, “
Interplay between magnetic anisotropy and exchange interactions in rare-earth–transition-metal ferrimagnets
,” Ph.D. thesis (
University of Amsterdam
,
2003
), accessible through the link: http://www.science.uva.nl/research/mmm/Yuri/thesisonline.pdf.
42.
M.
Kucera
,
J.
Bok
, and
K.
Nitsch
,
Solid State Commun.
69
,
1117
(
1989
).
You do not currently have access to this content.