We study the flow of a pure spin current through zinc oxide by measuring the spin Hall magnetoresistance (SMR) in thin film trilayer samples consisting of bismuth-substituted yttrium iron garnet (Bi:YIG), gallium-doped zinc oxide (Ga:ZnO), and platinum. We investigate the dependence of the SMR magnitude on the thickness of the Ga:ZnO interlayer and compare to a Bi:YIG/Pt bilayer. We find that the SMR magnitude is reduced by almost one order of magnitude upon inserting a Ga:ZnO interlayer and continuously decreases with increasing interlayer thickness. Nevertheless, the SMR stays finite even for a 12nm thick Ga:ZnO interlayer. These results show that a pure spin current indeed can propagate through a several nm-thick degenerately doped zinc oxide layer. We also observe differences in both the temperature and the field dependence of the SMR when comparing tri- and bilayers. Finally, we compare our data to the predictions of a model based on spin diffusion. This shows that interface resistances play a crucial role for the SMR magnitude in these trilayer structures.

1.
K.
Ando
,
Y.
Kajiwara
,
K.
Sasage
,
K.
Uchida
, and
E.
Saitoh
,
IEEE Trans. Magn.
46
,
3694
(
2010
).
2.
F. D.
Czeschka
,
L.
Dreher
,
M. S.
Brandt
,
M.
Weiler
,
M.
Althammer
,
I.-M.
Imort
,
G.
Reiss
,
A.
Thomas
,
W.
Schoch
,
W.
Limmer
,
H.
Huebl
,
R.
Gross
, and
S. T. B.
Goennenwein
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
046601
(
2011
).
3.
K.
Uchida
,
S.
Takahashi
,
K.
Harii
,
J.
Ieda
,
W.
Koshibae
,
K.
Ando
,
S.
Maekawa
, and
E.
Saitoh
,
Nature
455
,
778
(
2008
).
4.
K.
Uchida
,
H.
Adachi
,
T.
Ota
,
H.
Nakayama
,
S.
Maekawa
, and
E.
Saitoh
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
172505
(
2010
).
5.
M.
Weiler
,
M.
Althammer
,
F. D.
Czeschka
,
H.
Huebl
,
M. S.
Wagner
,
M.
Opel
,
I.-M.
Imort
,
G.
Reiss
,
A.
Thomas
,
R.
Gross
, and
S. T. B.
Goennenwein
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
106602
(
2012
).
6.
H.
Nakayama
,
M.
Althammer
,
Y.-T.
Chen
,
K.
Uchida
,
Y.
Kajiwara
,
D.
Kikuchi
,
T.
Ohtani
,
S.
Geprägs
,
M.
Opel
,
S.
Takahashi
,
R.
Gross
,
G. E. W.
Bauer
,
S. T. B.
Goennenwein
, and
E.
Saitoh
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
206601
(
2013
).
7.
C.
Hahn
,
G.
de Loubens
,
O.
Klein
,
M.
Viret
,
V. V.
Naletov
, and
J. B.
Youssef
,
Phys. Rev. B
87
,
174417
(
2013
).
8.
Y.-T.
Chen
,
S.
Takahashi
,
H.
Nakayama
,
M.
Althammer
,
S. T. B.
Goennenwein
,
E.
Saitoh
, and
G. E. W.
Bauer
,
Phys. Rev. B
87
,
144411
(
2013
).
9.
M.
Althammer
,
S.
Meyer
,
H.
Nakayama
,
M.
Schreier
,
S.
Altmannshofer
,
M.
Weiler
,
H.
Huebl
,
S.
Geprägs
,
M.
Opel
,
R.
Gross
,
D.
Meier
,
C.
Klewe
,
T.
Kuschel
,
J.-M.
Schmalhorst
,
G.
Reiss
,
L.
Shen
,
A.
Gupta
,
Y.-T.
Chen
,
G. E. W.
Bauer
,
E.
Saitoh
, and
S. T. B.
Goennenwein
,
Phys. Rev. B
87
,
224401
(
2013
).
10.
N.
Vlietstra
,
J.
Shan
,
V.
Castel
,
B. J.
van Wees
, and
J. B.
Youssef
,
Phys. Rev. B
87
,
184421
(
2013
).
11.
K.
Ganzhorn
,
J.
Barker
,
R.
Schlitz
,
B. A.
Piot
,
K.
Ollefs
,
F.
Guillou
,
F.
Wilhelm
,
A.
Rogalev
,
M.
Opel
,
M.
Althammer
,
S.
Geprägs
,
H.
Huebl
,
R.
Gross
,
G. E. W.
Bauer
, and
S. T. B.
Goennenwein
,
Phys. Rev. B
94
,
094401
(
2016
).
12.
M.
Weiler
,
M.
Althammer
,
M.
Schreier
,
J.
Lotze
,
M.
Pernpeintner
,
S.
Meyer
,
H.
Huebl
,
R.
Gross
,
A.
Kamra
,
J.
Xiao
,
Y.-T.
Chen
,
H.
Jiao
,
G. E. W.
Bauer
, and
S. T. B.
Goennenwein
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
176601
(
2013
).
13.
S.
Geprägs
,
S.
Meyer
,
S.
Altmannshofer
,
M.
Opel
,
F.
Wilhelm
,
A.
Rogalev
,
R.
Gross
, and
S. T. B.
Goennenwein
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
262407
(
2012
).
14.
B. F.
Miao
,
S. Y.
Huang
,
D.
Qu
, and
C. L.
Chien
,
Phys. Rev. Lett.
112
,
236601
(
2014
).
15.
M.
Althammer
,
E.-M.
Karrer-Muller
,
S. T. B.
Goennenwein
,
M.
Opel
, and
R.
Gross
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
082404
(
2012
).
16.
M.
Schreier
,
N.
Roschewsky
,
E.
Dobler
,
S.
Meyer
,
H.
Huebl
,
R.
Gross
, and
S. T. B.
Goennenwein
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
242404
(
2013
).
17.
S.
Meyer
,
R.
Schlitz
,
S.
Geprägs
,
M.
Opel
,
H.
Huebl
,
R.
Gross
, and
S. T. B.
Goennenwein
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
132402
(
2015
).
18.
S.
Meyer
,
M.
Althammer
,
S.
Geprägs
,
M.
Opel
,
R.
Gross
, and
S. T. B.
Goennenwein
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
242411
(
2014
).
19.
A.
Aqeel
,
N.
Vlietstra
,
J. A.
Heuver
,
G. E. W.
Bauer
,
B.
Noheda
,
B. J.
van Wees
, and
T. T. M.
Palstra
,
Phys. Rev. B
92
,
224410
(
2015
).
20.
S.
Ghosh
,
V.
Sih
,
W. H.
Lau
,
D. D.
Awschalom
,
S.-Y.
Bae
,
S.
Wang
,
S.
Vaidya
, and
G.
Chapline
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
232507
(
2005
).
21.
S.
Vélez
,
V. N.
Golovach
,
A.
Bedoya-Pinto
,
M.
Isasa
,
E.
Sagasta
,
M.
Abadia
,
C.
Rogero
,
L. E.
Hueso
,
F. S.
Bergeret
, and
F.
Casanova
,
Phys. Rev. Lett.
116
,
016603
(
2016
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.