We study the spin Hall magnetoresistance (SMR) in epitaxial γ–Fe2O3/NiO(001)/Pt stacks, as a function of temperature and thickness of the antiferromagnetic insulating NiO layer. Upon increasing the thickness of NiO from 0 nm to 10 nm, we detect a sign change of the SMR in the temperature range between 10 K and 280 K. This temperature dependence of the SMR in our stacks is different compared to that of previously studied yttrium iron garnet/NiO/Pt, as we do not find any peak or sign change as a function of temperature. We explain our data by a combination of spin current reflection from both the NiO/Pt and γ-Fe2O3/NiO interfaces and the thickness-dependent exchange coupling mode between the NiO and γ-Fe2O3 layers, comprising parallel alignment for thin NiO and perpendicular alignment for thick NiO.

1.
S.
Maekawa
,
S. O.
Valenzuela
,
E.
Saitoh
, and
A.
Kimura
,
Spin Current
(
Oxford University Press
,
Oxford
,
2012
).
2.
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
).
3.
S.
Maekawa
,
Concepts in Spin Electronics
(
Oxford University Press
,
2012
).
4.
K.
Uchida
,
J.
Xiao
,
H.
Adachi
,
J.
Ohe
,
S.
Takahashi
,
J.
Ieda
,
T.
Ota
,
Y.
Kajiwara
,
H.
Umezawa
,
H.
Kawai
,
G. E. W.
Bauer
,
S.
Maekawa
, and
E.
Saitoh
,
Nat. Mater.
9
,
894
(
2010
).
5.
J.
Cramer
,
E. J.
Guo
,
S.
Geprags
,
A.
Kehlberger
,
Y. P.
Ivanov
,
K.
Ganzhorn
,
F.
Della Coletta
,
M.
Althammer
,
H.
Huebl
,
R.
Gross
,
J.
Kosel
,
M.
Klaui
, and
S. T. B.
Goennenwein
,
Nano Lett.
17
,
3334
(
2017
).
6.
G. E. W.
Bauer
,
E.
Saitoh
, and
B. J.
van Wees
,
Nat. Mater.
11
,
391
(
2012
).
7.
B.
Heinrich
,
C.
Burrowes
,
E.
Montoya
,
B.
Kardasz
,
E.
Girt
,
Y.-Y.
Song
,
Y.
Sun
, and
M.
Wu
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
066604
(
2011
).
8.
Y.
Sun
,
H.
Chang
,
M.
Kabatek
,
Y.-Y.
Song
,
Z.
Wang
,
M.
Jantz
,
W.
Schneider
,
M.
Wu
,
E.
Montoya
,
B.
Kardasz
,
B.
Heinrich
,
S. G. E.
te Velthuis
,
H.
Schultheiss
, and
A.
Hoffmann
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
106601
(
2013
).
9.
J.
Sinova
,
S. O.
Valenzuela
,
J.
Wunderlich
,
C. H.
Back
, and
T.
Jungwirth
,
Rev. Mod. Phys.
87
,
1213
(
2015
).
10.
L. J.
Cornelissen
,
J.
Liu
,
R. A.
Duine
,
J. B.
Youssef
, and
B. J.
van Wees
,
Nat. Phys.
11
,
1022
(
2015
).
11.
E.
Saitoh
,
M.
Ueda
,
H.
Miyajima
, and
G.
Tatara
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
182509
(
2006
).
12.
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
).
13.
A.
Aqeel
,
N.
Vlietstra
,
A.
Roy
,
M.
Mostovoy
,
B. J.
van Wees
, and
T. T. M.
Palstra
,
Phys. Rev. B
94
,
134418
(
2016
).
14.
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
).
15.
B.-W.
Dong
,
J.
Cramer
,
K.
Ganzhorn
,
Y. H.
Yuan
,
E.-J.
Guo
,
S. T. B.
Goennenwein
, and
M.
Kläui
,
J. Phys.: Condens. Matter
30
,
035802
(
2018
).
16.
J. H.
Han
,
C.
Song
,
F.
Li
,
Y. Y.
Wang
,
G. Y.
Wang
,
Q. H.
Yang
, and
F.
Pan
,
Phys. Rev. B
90
,
144431
(
2014
).
17.
A.
Manchon
,
Phys. Status Solidi (RRL)
11
,
1600409
(
2017
).
18.
G. R.
Hoogeboom
,
A.
Aqeel
,
T.
Kuschel
,
T. T. M.
Palstra
, and
B. J.
van Wees
,
Appl. Phys. Lett.
111
,
052409
(
2017
).
19.
J.
Fischer
,
O.
Gomonay
,
R.
Schlitz
,
K.
Ganzhorn
,
N.
Vlietstra
,
M.
Althammer
,
H.
Huebl
,
M.
Opel
,
R.
Gross
,
S. T. B.
Goennenwein
, and
S.
Geprägs
,
Phys. Rev. B
97
,
014417
(
2018
).
20.
R.
Lebrun
,
A.
Ross
,
S. A.
Bender
,
A.
Qaiumzadeh
,
L.
Baldrati
,
J.
Cramer
,
A.
Brataas
,
R. A.
Duine
, and
M.
Kläui
,
Nature
561
,
222
(
2018
).
21.
L.
Baldrati
,
A.
Ross
,
T.
Niizeki
,
C.
Schneider
,
R.
Ramos
,
J.
Cramer
,
O.
Gomonay
,
M.
Filianina
,
T.
Savchenko
,
D.
Heinze
,
A.
Kleibert
,
E.
Saitoh
,
J.
Sinova
, and
M.
Kläui
,
Phys. Rev. B
98
,
024422
(
2018
).
22.
V.
Baltz
,
A.
Manchon
,
M.
Tsoi
,
T.
Moriyama
,
T.
Ono
, and
Y.
Tserkovnyak
,
Rev. Mod. Phys.
90
,
015005
(
2018
).
23.
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
).
24.
H. L.
Wang
,
C. H.
Du
,
P. C.
Hammel
, and
F. Y.
Yang
,
Phys. Rev. Lett.
113
,
097202
(
2014
).
25.
W.
Lin
,
K.
Chen
,
S.
Zhang
, and
C. L.
Chien
,
Phys. Rev. Lett.
116
,
186601
(
2016
).
26.
Z.
Qiu
,
J.
Li
,
D.
Hou
,
E.
Arenholz
,
A. T.
N'Diaye
,
A.
Tan
,
K.
Uchida
,
K.
Sato
,
S.
Okamoto
,
Y.
Tserkovnyak
,
Z. Q.
Qiu
, and
E.
Saitoh
,
Nat. Commun.
7
,
12670
(
2016
).
27.
L.
Baldrati
,
C.
Schneider
,
T.
Niizeki
,
R.
Ramos
,
J.
Cramer
,
A.
Ross
,
E.
Saitoh
, and
M.
Kläui
,
Phys. Rev. B
98
,
014409
(
2018
).
28.
T.
Shang
,
Q. F.
Zhan
,
H. L.
Yang
,
Z. H.
Zuo
,
Y. L.
Xie
,
L. P.
Liu
,
S. L.
Zhang
,
Y.
Zhang
,
H. H.
Li
,
B. M.
Wang
,
Y. H.
Wu
,
S.
Zhang
, and
R.-W.
Li
,
Appl. Phys. Lett.
109
,
032410
(
2016
).
29.
D.
Hou
,
Z.
Qiu
,
J.
Barker
,
K.
Sato
,
K.
Yamamoto
,
S.
Vélez
,
J. M.
Gomez-Perez
,
L. E.
Hueso
,
F.
Casanova
, and
E.
Saitoh
,
Phys. Rev. Lett.
118
,
147202
(
2017
).
30.
W.
Lin
and
C. L.
Chien
,
Phys. Rev. Lett.
118
,
067202
(
2017
).
31.
Z. Z.
Luan
,
F. F.
Chang
,
P.
Wang
,
L. F.
Zhou
,
J. F. K.
Cooper
,
C. J.
Kinane
,
S.
Langridge
,
J. W.
Cai
,
J.
Du
,
T.
Zhu
, and
D.
Wu
,
Appl. Phys. Lett.
113
,
072406
(
2018
).
32.
Y.-M.
Hung
,
C.
Hahn
,
H.
Chang
,
M.
Wu
,
H.
Ohldag
, and
A. D.
Kent
,
AIP Adv.
7
,
055903
(
2017
).
33.
J. M. D.
Coey
,
Magnetism and Magnetic Materials
(
Cambridge University Press
,
New York
,
2010
).
34.
A.
Anadón
,
R.
Ramos
,
I.
Lucas
,
P. A.
Algarabel
,
L.
Morellón
,
M. R.
Ibarra
, and
M. H.
Aguirre
,
Appl. Phys. Lett.
109
,
012404
(
2016
).
35.
P.
Jiménez-Cavero
,
I.
Lucas
,
A.
Anadón
,
R.
Ramos
,
T.
Niizeki
,
M. H.
Aguirre
,
P. A.
Algarabel
,
K.
Uchida
,
M. R.
Ibarra
,
E.
Saitoh
, and
L.
Morellón
,
APL Mater.
5
,
026103
(
2017
).
36.
R.
Ramos
,
T.
Kikkawa
,
M. H.
Aguirre
,
I.
Lucas
,
A.
Anadón
,
T.
Oyake
,
K.
Uchida
,
H.
Adachi
,
J.
Shiomi
,
P. A.
Algarabel
,
L.
Morellón
,
S.
Maekawa
,
E.
Saitoh
, and
M. R.
Ibarra
,
Phys. Rev. B
92
,
220407
(
2015
).
37.
Z.
Ding
,
B. L.
Chen
,
J. H.
Liang
,
J.
Zhu
,
J. X.
Li
, and
Y. Z.
Wu
,
Phys. Rev. B
90
,
134424
(
2014
).
38.
S. Y.
Huang
,
X.
Fan
,
D.
Qu
,
Y. P.
Chen
,
W. G.
Wang
,
J.
Wu
,
T. Y.
Chen
,
J. Q.
Xiao
, and
C. L.
Chien
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
107204
(
2012
).
39.
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
).
40.
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
).
41.
S. R.
Marmion
,
M.
Ali
,
M.
McLaren
,
D. A.
Williams
, and
B. J.
Hickey
,
Phys. Rev. B
89
,
220404
(
2014
).
42.
S.
Meyer
,
M.
Althammer
,
S.
Geprägs
,
M.
Opel
,
R.
Gross
, and
S. T. B.
Goennenwein
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
242411
(
2014
).
43.
S.
Okamoto
,
Phys. Rev. B
93
,
064421
(
2016
).
44.
D.
Alders
,
L. H.
Tjeng
,
F. C.
Voogt
,
T.
Hibma
,
G. A.
Sawatzky
,
C. T.
Chen
,
J.
Vogel
,
M.
Sacchi
, and
S.
Iacobucci
,
Phys. Rev. B
57
,
11623
(
1998
).
45.
M.
Finazzi
,
M.
Portalupi
,
A.
Brambilla
,
L.
Duò
,
G.
Ghiringhelli
,
F.
Parmigiani
,
M.
Zacchigna
,
M.
Zangrando
, and
F.
Ciccacci
,
Phys. Rev. B
69
,
014410
(
2004
).
46.
M.
Finazzi
,
A.
Brambilla
,
P.
Biagioni
,
J.
Graf
,
G. H.
Gweon
,
A.
Scholl
,
A.
Lanzara
, and
L.
Duò
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
097202
(
2006
).
47.
J.
Wu
,
D.
Carlton
,
J. S.
Park
,
Y.
Meng
,
E.
Arenholz
,
A.
Doran
,
A. T.
Young
,
A.
Scholl
,
C.
Hwang
,
H. W.
Zhao
,
J.
Bokor
, and
Z. Q.
Qiu
,
Nat. Phys.
7
,
303
(
2011
).
48.
H.
Ohldag
,
A.
Scholl
,
F.
Nolting
,
S.
Anders
,
F. U.
Hillebrecht
, and
J.
Stöhr
,
Phys. Rev. Lett.
86
,
2878
(
2001
).
49.
H.
Ohldag
,
T. J.
Regan
,
J.
Stöhr
,
A.
Scholl
,
F.
Nolting
,
J.
Lüning
,
C.
Stamm
,
S.
Anders
, and
R. L.
White
,
Phys. Rev. Lett.
87
,
247201
(
2001
).
You do not currently have access to this content.