We report ultralow intrinsic magnetic damping in Co25Fe75 heterostructures, reaching the low 10−4 regime at room temperature. By using a broadband ferromagnetic resonance technique in out-of-plane geometry, we extracted the dynamic magnetic properties of several Co25Fe75-based heterostructures with varying ferromagnetic layer thicknesses. By measuring radiative damping and spin pumping effects, we found the intrinsic damping of a 26 nm thick sample to be α03.18×104. Furthermore, using Brillouin light scattering microscopy, we measured spin-wave propagation lengths of up to (21 ± 1) μm in a 26 nm thick Co25Fe75 heterostructure at room temperature, which is in excellent agreement with the measured damping.

1.
P.
Gambardella
and
I. M.
Miron
,
Philos. Trans. R. Soc., A
369
,
3175
(
2011
).
2.
P.
Wessels
,
A.
Vogel
,
J. N.
Tödt
,
M.
Wieland
,
G.
Meier
, and
M.
Drescher
,
Sci. Rep.
6
,
22117
(
2016
).
3.
A.
Talalaevskij
,
M.
Decker
,
J.
Stigloher
,
A.
Mitra
,
H. S.
Körner
,
O.
Cespedes
,
C. H.
Back
, and
B. J.
Hickey
,
Phys. Rev. B
95
,
064409
(
2017
).
4.
H. S.
Körner
,
M. A. W.
Schoen
,
T.
Mayer
,
M. M.
Decker
,
J.
Stigloher
,
T.
Weindler
,
T. N. G.
Meier
,
M.
Kronseder
, and
C. H.
Back
,
Appl. Phys. Lett.
111
,
132406
(
2017
).
5.
M.
Collet
,
O.
Gladii
,
M.
Evelt
,
V.
Bessonov
,
L.
Soumah
,
P.
Bortolotti
,
S. O.
Demokritov
,
Y.
Henry
,
V.
Cros
,
M.
Bailleul
,
V. E.
Demidov
, and
A.
Anane
,
Appl. Phys. Lett.
110
,
092408
(
2017
).
6.
I. S.
Maksymov
and
M.
Kostylev
,
Physica E
69
,
253
(
2015
).
7.
D. J.
Twisselmann
and
R. D.
McMichael
,
J. Appl. Phys.
93
,
6903
(
2003
).
8.
V. E.
Demidov
,
S.
Urazhdin
,
A.
Zholud
,
A. V.
Sadovnikov
, and
S. O.
Demokritov
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
172410
(
2014
).
9.
V. V.
Kruglyak
,
S. O.
Demokritov
, and
D.
Grundler
,
J. Phys. D
43
,
264001
(
2010
).
10.
A. V.
Chumak
,
V. I.
Vasyuchka
,
A. A.
Serga
, and
B.
Hillebrands
,
Nat. Phys.
11
,
453
(
2015
).
11.
C.
Hauser
,
T.
Richter
,
N.
Homonnay
,
C.
Eisenschmidt
,
M.
Qaid
,
H.
Deniz
,
D.
Hesse
,
M.
Sawicki
,
S. G.
Ebbinghaus
, and
G.
Schmidt
,
Sci. Rep.
6
,
20827
(
2016
).
12.
M.
Evelt
,
V. E.
Demidov
,
V.
Bessonov
,
S. O.
Demokritov
,
J. L.
Prieto
,
M.
Muñoz
,
J.
Ben Youssef
,
V. V.
Naletov
,
G.
de Loubens
,
O.
Klein
,
M.
Collet
,
K.
Garcia-Hernandez
,
P.
Bortolotti
,
V.
Cros
, and
A.
Anane
,
Appl. Phys. Lett.
108
,
172406
(
2016
).
13.
M. B.
Jungfleisch
,
W.
Zhang
,
W.
Jiang
,
H.
Chang
,
J.
Sklenar
,
S. M.
Wu
,
J. E.
Pearson
,
A.
Bhattacharya
,
J. B.
Ketterson
,
M.
Wu
, and
A.
Hoffmann
,
J. Appl. Phys.
117
,
17D128
(
2015
).
14.
H.
Chang
,
P.
Li
,
W.
Zhang
,
T.
Liu
,
A.
Hoffmann
,
L.
Deng
, and
M.
Wu
,
IEEE Magn. Lett.
5
,
6700104
(
2014
).
15.
M. A. W.
Schoen
,
J. M.
Shaw
,
H. T.
Nembach
,
M.
Weiler
, and
T. J.
Silva
,
Phys. Rev. B
92
,
184417
(
2015
).
16.
S. S.
Kalarickal
,
P.
Krivosik
,
M.
Wu
,
C. E.
Patton
,
M. L.
Schneider
,
P.
Kabos
,
T. J.
Silva
, and
J. P.
Nibarger
,
J. Appl. Phys.
99
,
093909
(
2006
).
17.
T.
Sebastian
,
K.
Schultheiss
,
B.
Obry
,
B.
Hillebrands
, and
H.
Schultheiss
,
Front. Phys.
3
,
35
(
2015
).
18.
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.
Te Velthuis
,
H.
Schultheiss
, and
A.
Hoffmann
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
106601
(
2013
).
19.
B.
Hillebrands
and
K.
Ounadjela
,
Spin Dynamics in Confined Magnetic Structures II
, Topics in Applied Physics Vol.
87
, edited by
B.
Hillebrands
and
K.
Ounadjela
(
Springer Berlin Heidelberg
,
Berlin, Heidelberg
,
2003
).
20.
H. T.
Nembach
,
T. J.
Silva
,
J. M.
Shaw
,
M. L.
Schneider
,
M. J.
Carey
,
S.
Maat
, and
J. R.
Childress
,
Phys. Rev. B
84
,
054424
(
2011
).
21.
A. J.
Berger
,
E. R. J.
Edwards
,
H. T.
Nembach
,
A. D.
Karenowska
,
M.
Weiler
, and
T. J.
Silva
,
Phys. Rev. B
97
,
094407
(
2018
).
23.
G.
Woltersdorf
,
F.
Hoffmann
,
H. G.
Bauer
, and
C. H.
Back
,
Phys. Rev. B
87
,
054422
(
2013
).
24.
R. D.
McMichael
,
D. J.
Twisselmann
, and
A.
Kunz
,
Phys. Rev. Lett.
90
,
227601
(
2003
).
25.
Y.
Tserkovnyak
,
A.
Brataas
, and
G. E. W.
Bauer
,
Phys. Rev. Lett.
88
,
117601
(
2002
).
26.
M.
Haertinger
,
C. H.
Back
,
J.
Lotze
,
M.
Weiler
,
S.
Geprägs
,
H.
Huebl
,
S. T. B.
Goennenwein
, and
G.
Woltersdorf
,
Phys. Rev. B
92
,
054437
(
2015
).
27.
A.
Brataas
,
Y.
Tserkovnyak
,
G. E. W.
Bauer
, and
P. J.
Kelly
,
Spin Current
(
Oxford University Press
,
2017
), Vol.
1
, pp.
93
142
.
28.
S. J.
Raeburn
and
R. V.
Aldridge
,
J. Phys. F
8
,
1917
(
1978
).
29.
J. W.
De Vries
,
Thin Solid Films
167
,
25
(
1988
).
30.
M. A. W.
Schoen
,
D.
Thonig
,
M. L.
Schneider
,
T. J.
Silva
,
H. T.
Nembach
,
O.
Eriksson
,
O.
Karis
, and
J. M.
Shaw
,
Nat. Phys.
12
,
839
(
2016
).
31.
E. R.
Edwards
,
H. T.
Nembach
, and
J. M.
Shaw
,
Phys. Rev. Appl.
11
,
054036
(
2019
).
32.
J. M.
Shaw
,
H. T.
Nembach
,
T. J.
Silva
, and
C. T.
Boone
,
J. Appl. Phys.
114
,
243906
(
2013
).
33.
R.
Arias
and
D. L.
Mills
,
Phys. Rev. B
60
,
7395
(
1999
).
34.
L.
Chen
,
S.
Mankovsky
,
S.
Wimmer
,
M. A. W.
Schoen
,
H. S.
Körner
,
M.
Kronseder
,
D.
Schuh
,
D.
Bougeard
,
H.
Ebert
,
D.
Weiss
, and
C. H.
Back
,
Nat. Phys.
14
,
490
(
2018
).
35.
J.
Seib
,
D.
Steiauf
, and
M.
Fähnle
,
Phys. Rev. B
79
,
092418
(
2009
).
36.
D.
Steiauf
and
M.
Fähnle
,
Phys. Rev. B
72
,
064450
(
2005
).
37.
V. L.
Safonov
,
J. Appl. Phys.
91
,
8653
(
2002
).
38.
P.
Pirro
,
T.
Brächer
,
K.
Vogt
,
B.
Obry
,
H.
Schultheiss
,
B.
Leven
, and
B.
Hillebrands
,
Phys. Status Solidi B
248
,
2404
(
2011
).
39.
V. E.
Demidov
,
M. P.
Kostylev
,
K.
Rott
,
P.
Krzysteczko
,
G.
Reiss
, and
S. O.
Demokritov
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
112509
(
2009
).
40.
P.
Clausen
,
K.
Vogt
,
H.
Schultheiss
,
S.
Schäfer
,
B.
Obry
,
G.
Wolf
,
P.
Pirro
,
B.
Leven
, and
B.
Hillebrands
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
162505
(
2011
).
41.
V. E.
Demidov
,
S.
Urazhdin
,
R.
Liu
,
B.
Divinskiy
,
A.
Telegin
, and
S. O.
Demokritov
,
Nat. Commun.
7
,
10446
(
2016
).
42.
K.
Yamanoi
,
S.
Yakata
,
T.
Kimura
, and
T.
Manago
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
52
,
083001
(
2013
).
43.
B. A.
Kalinikos
and
A. N.
Slavin
,
J. Phys. C
19
,
7013
(
1986
).
44.
L.
Liensberger
,
L.
Flacke
,
D.
Rogerson
,
M.
Althammer
,
R.
Gross
, and
M.
Weiler
,
IEEE Magn. Lett.
10
,
5503905
(
2019
).
45.
Z.
Duan
,
I. N.
Krivorotov
,
R. E.
Arias
,
N.
Reckers
,
S.
Stienen
, and
J.
Lindner
,
Phys. Rev. B
92
,
104424
(
2015
).
46.
D. D.
Stancil
and
A.
Prabhakar
,
Spin Waves
(
Springer
,
Boston, MA
,
2009
), p.
332
.
47.

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.