Dynamic properties of NiFe thin films on PMN-PT piezoelectric substrate are investigated using the spin-diode method. Ferromagnetic resonance (FMR) spectra of microstrips with varying width are measured as a function of magnetic field and frequency. The FMR frequency is shown to depend on the electric field applied across the substrate, which induces strain in the NiFe layer. Electric field tunability of up to 100 MHz per 1 kV/cm is achieved. An analytical model based on total energy minimization and the Landau-Lifshitz-Gilbert equation, taking into account the magnetostriction effect, is used to explain the measured dynamics. Based on this model, conditions for optimal electric-field tunable spin diode FMR in patterned NiFe/PMN-PT structures are derived.
References
1.
M.
Bibes
and A.
Barthélémy
, Nat. Mater.
7
, 425
(2008
).2.
J.
Scott
, Nat. Mater.
6
, 256
(2007
).3.
Z.
Li
, J.
Wang
, Y.
Lin
, and C.
Nan
, Appl. Phys. Lett.
96
, 162505
(2010
).4.
W.
Skowroński
, P.
Wiśniowski
, T.
Stobiecki
, S.
Cardoso
, P. P.
Freitas
, and S.
van Dijken
, Appl. Phys. Lett.
101
, 192401
(2012
).5.
A.
Tatarenko
, V.
Gheevarughese
, and G.
Srinivasan
, Electron. Lett.
42
, 540
(2006
).6.
A.
Useinov
, A.
Kalitsov
, J.
Velev
, and N.
Kioussis
, Phys. Rev. B
91
, 094408
(2015
).7.
T. H.
Lahtinen
, J. O.
Tuomi
, and S.
van Dijken
, Adv. Mater.
23
, 3187
(2011
).8.
T. H. E.
Lahtinen
, K. J. A.
Franke
, and S.
van Dijken
, Sci. Rep.
2
, 258
(2012
).9.
R.
Streubel
, D.
Köhler
, R.
Schäfer
, and L. M.
Eng
, Phys. Rev. B
87
, 054410
(2013
).10.
K. J. A.
Franke
, B.
Van de Wiele
, Y.
Shirahata
, S. J.
Hämäläinen
, T.
Taniyama
, and S.
van Dijken
, Phys. Rev. X
5
, 011010
(2015
).11.
M.
Buzzi
, R.
Chopdekar
, J.
Hockel
, A.
Bur
, T.
Wu
, N.
Pilet
, P.
Warnicke
, G.
Carman
, L.
Heyderman
, and F.
Nolting
, Phys. Rev. Lett.
111
, 027204
(2013
).12.
S.
Cherepov
, P. K.
Amiri
, J. G.
Alzate
, K.
Wong
, M.
Lewis
, P.
Upadhyaya
, J.
Nath
, M.
Bao
, A.
Bur
, T.
Wu
et al., Appl. Phys. Lett.
104
, 082403
(2014
).13.
T.
Nan
, Z.
Zhou
, M.
Liu
, X.
Yang
, Y.
Gao
, B. A.
Assaf
, H.
Lin
, S.
Velu
, X.
Wang
, H.
Luo
, J.
Chen
, S.
Akhtar
, E.
Hu
, R.
Rajiv
, K.
Krishnan
, S.
Sreedhar
, D.
Heiman
, B. M.
Howe
, G. J.
Brown
, and N. X.
Sun
, Sci. Rep.
4
, 3688
(2014
).14.
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
, 262504
(2011
).15.
M.
Liu
, B. M.
Howe
, L.
Grazulis
, K.
Mahalingam
, T.
Nan
, N. X.
Sun
, and G. J.
Brown
, Adv. Mater.
25
, 4886
(2013
).16.
S.
Zhang
, Y.
Zhao
, X.
Xiao
, Y.
Wu
, S.
Rizwan
, L.
Yang
, P.
Li
, J.
Wang
, M.
Zhu
, H.
Zhang
, X.
Jin
, and X.
Han
, Sci. Rep.
4
, 3727
(2014
).17.
S.-W.
Yang
, R.-C.
Peng
, T.
Jiang
, Y.-K.
Liu
, L.
Feng
, J.-J.
Wang
, L.-Q.
Chen
, X.-G.
Li
, and C.-W.
Nan
, Adv. Mater.
26
, 7091
(2014
).18.
M.
Liu
, O.
Obi
, J.
Lou
, Y.
Chen
, Z.
Cai
, S.
Stoute
, M.
Espanol
, M.
Lew
, X.
Situ
, K. S.
Ziemer
et al., Adv. Funct. Mater.
19
, 1826
(2009
).19.
J.
Lou
, M.
Liu
, D.
Reed
, Y.
Ren
, and N. X.
Sun
, Adv. Mater.
21
, 4711
(2009
).20.
M.
Liu
, S.
Li
, O.
Obi
, J.
Lou
, S.
Rand
, and N. X.
Sun
, Appl. Phys. Lett.
98
, 222509
(2011
).21.
M.
Liu
, O.
Obi
, J.
Lou
, S.
Li
, X.
Xing
, G.
Yang
, and N. X.
Sun
, J. Appl. Phys.
109
, 07D913
(2011
).22.
M.
Liu
, Z.
Zhou
, T.
Nan
, B. M.
Howe
, G. J.
Brown
, and N. X.
Sun
, Adv. Mater.
25
, 1435
(2013
).23.
S.
Li
, Q.
Xue
, J.-G.
Duh
, H.
Du
, J.
Xu
, Y.
Wan
, Q.
Li
, and Y.
Lü
, Sci. Rep.
4
, 7393
(2014
).24.
A.
Tulapurkar
, Y.
Suzuki
, A.
Fukushima
, H.
Kubota
, H.
Maehara
, K.
Tsunekawa
, D.
Djayaprawira
, N.
Watanabe
, and S.
Yuasa
, Nature
438
, 339
(2005
).25.
A.
Yamaguchi
, H.
Miyajima
, T.
Ono
, Y.
Suzuki
, S.
Yuasa
, A.
Tulapurkar
, and Y.
Nakatani
, Appl. Phys. Lett.
90
, 182507
(2007
).26.
S.
Ziętek
, P.
Ogrodnik
, M.
Frankowski
, J.
Chęciński
, P.
Wiśniowski
, W.
Skowroński
, J.
Wrona
, T.
Stobiecki
, A.
Żywczak
, and J.
Barnaś
, Phys. Rev. B
91
, 014430
(2015
).27.
A.
Yamaguchi
, K.
Motoi
, A.
Hirohata
, and H.
Miyajima
, Phys. Rev. B
79
, 224409
(2009
).28.
A.
Thiaville
and Y.
Nakatani
, J. Appl. Phys.
104
, 093701
(2008
).29.
A.
Aharoni
, J. Appl. Phys.
83
, 3432
(1998
).30.
M.
ed Levy
, E.
Henry
, R.
Richard
, and V.
Keppens
, Handbook of Elastic Properties of Solids, Liquids, and Gases
, Elastic Properties of Solids: Biological and Organic Materials, Earth and Marine Sciences Vol. 3
(Academic Press
, 2001
).31.
M.
Shanthi
, L.
Lim
, K.
Rajan
, and J.
Jin
, Appl. Phys. Lett.
92
, 142906
(2008
).© 2016 Author(s).
2016
Author(s)
You do not currently have access to this content.
