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 . 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.
References
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
).22.
C.
Kittel
, Phys. Rev.
73
, 155
(1948
).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.
47.
J. A.
Osborn
, Phys. Rev.
67
, 351
(1945
).© 2019 Author(s).
2019
Author(s)
You do not currently have access to this content.