We present an alternative measurement technique for the longitudinal spin Seebeck effect (SSE), based on harmonic analysis of the signal measured in the Y3Fe5O12/Pt bilayer. In our experimental setup, we use a harmonic magnetic field and a static thermal gradient in the longitudinal configuration to induce a square-wave SSE signal. By using a phase-sensitive detection technique (lock-in), we can reduce the impact of electrical noise, which improves sensitivity and, through harmonic analysis of the measured signal, decouples in real time the SSE signal from other thermoelectric effects.

1.
H.
Yu
,
S. D.
Brechet
, and
J.-P.
Ansermet
,
Phys. Lett. A
381
,
825
(
2017
).
2.
K.
Uchida
,
S.
Takahashi
,
K.
Harii
,
J.
Ieda
,
W.
Koshibae
,
K.
Ando
,
S.
Maekawa
, and
E.
Saitoh
,
Nature
455
,
778
(
2008
).
3.
C. M.
Jaworski
,
J.
Yang
,
S.
Mack
,
D. D.
Awschalom
,
J. P.
Heremans
, and
R. C.
Myers
,
Nat. Mater.
9
,
898
(
2010
).
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.
K.-I.
Uchida
,
H.
Adachi
,
T.
Ota
,
H.
Nakayama
,
S.
Maekawa
, and
E.
Saitoh
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
172505
(
2010
).
6.
K.-I.
Uchida
,
H.
Adachi
,
T.
Kikkawa
,
M. I. A.
Kirihara
,
S.
Yorozu
,
S.
Maekawa
, and
E.
Saitoh
,
Proc. IEEE
104
,
1946
(
2016
).
7.
G. E. W.
Bauer
,
E.
Saitoh
, and
B. J.
van Wees
,
Nat. Mater.
11
,
391
(
2012
).
8.
S. A.
Wolf
,
D. D.
Awschalom
,
R. A.
Buhrman
,
J. M.
Daughton
,
S.
von Molnár
,
M. L.
Roukes
,
A. Y.
Chtchelkanova
, and
D. M.
Treger
,
Science
294
,
1488
(
2001
).
9.
S.
Hoffman
,
K.
Sato
, and
Y.
Tserkovnyak
,
Phys. Rev. B
88
,
064408
(
2013
).
10.
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
).
11.
K.
Behnia
and
H.
Aubin
,
Rep. Prog. Phys.
79
,
046502
(
2016
).
12.
E.
Saitoh
,
M.
Ueda
,
H.
Miyajima
, and
G.
Tatara
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
182509
(
2006
).
13.
J.-C.
Lee
,
L.-W.
Huang
,
D.-S.
Hung
,
T.-H.
Chiang
,
J. C. A.
Huang
,
J.-Z.
Liang
, and
S.-F.
Lee
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
209903
(
2014
).
14.
K.
Ando
and
E.
Saitoh
,
Nat. Commun.
3
,
629
(
2012
).
15.
T.
Kimura
,
Y.
Otani
,
T.
Sato
,
S.
Takahashi
, and
S.
Maekawa
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
156601
(
2007
).
16.
J.
Xiao
,
G. E. W.
Bauer
,
K.-C.
Uchida
,
E.
Saitoh
, and
S.
Maekawa
,
Phys. Rev. B
81
,
214418
(
2010
).
17.
R.
Schmidt
,
F.
Wilken
,
T. S.
Nunner
, and
P. W.
Brouwer
,
Phys. Rev. B
98
,
134421
(
2018
).
18.
H.
Adachi
,
K.
ichi Uchida
,
E.
Saitoh
, and
S.
Maekawa
,
Rep. Prog. Phys.
76
,
036501
(
2013
).
19.
L.
Zhu
,
D. C.
Ralph
, and
R. A.
Buhrman
,
Phys. Rev. Lett.
123
,
057203
(
2019
).
20.
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
).
21.
A.
Aqeel
,
I. J.
Vera-Marun
,
B. J.
van Wees
, and
T. T. M.
Palstra
,
J. Appl. Phys.
116
,
153705
(
2014
).
22.
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
).
23.
S.
Wang
,
G.
Li
,
J.
Wang
,
H.
Yan
, and
K.
Jin
,
J. Magn. Magn. Mater.
468
,
50
(
2018
).
24.
M.
Schreier
,
N.
Roschewsky
,
E.
Dobler
,
S.
Meyer
,
H.
Huebl
,
R.
Gross
, and
S. T. B.
Goennenwein
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
242404
(
2013
).
25.
N.
Vlietstra
,
J.
Shan
,
B. J.
van Wees
,
M.
Isasa
,
F.
Casanova
, and
J.
Ben Youssef
,
Phys. Rev. B
90
,
174436
(
2014
).
26.
F.-J.
Chang
,
J. G.
Lin
, and
S.-Y.
Huang
,
Phys. Rev. Mater.
1
,
031401
(
2017
).
27.
D.
Meier
,
D.
Reinhardt
,
M.
van Straaten
,
C.
Klewe
,
M.
Althammer
,
M.
Schreier
,
S. T. B.
Goennenwein
,
A.
Gupta
,
M.
Schmid
,
C. H.
Back
,
J.-M.
Schmalhorst
,
T.
Kuschel
, and
G.
Reiss
,
Nat. Commun.
6
,
8211
(
2015
).
28.
J.
Kimling
,
G.-M.
Choi
,
J. T.
Brangham
,
T.
Matalla-Wagner
,
T.
Huebner
,
T.
Kuschel
,
F.
Yang
, and
D. G.
Cahill
,
Phys. Rev. Lett.
118
,
057201
(
2017
).
29.
S. M.
Wu
,
F. Y.
Fradin
,
J.
Hoffman
,
A.
Hoffmann
, and
A.
Bhattacharya
,
J. Appl. Phys.
117
,
17C509
(
2015
).
30.
Y.
Chen
,
D.
Roy
,
E.
Cogulu
,
H.
Chang
,
M.
Wu
, and
A. D.
Kent
,
Appl. Phys. Lett.
113
,
202403
(
2018
).
31.
M.
Collet
,
L.
Soumah
,
P.
Bortolotti
,
M.
Muñoz
,
V.
Cros
, and
A.
Anane
,
AIP Adv.
7
,
055924
(
2017
).
32.
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
).
33.
W. X.
Wang
,
S. H.
Wang
,
L. K.
Zou
,
J. W.
Cai
,
Z. G.
Sun
, and
J. R.
Sun
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
182403
(
2014
).
34.
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
).
35.
O.
Alkin
,
Signals and Systems: A MATLAB Integrated Approach
(
CRC Press, Inc
.,
USA
,
2014
).
36.
D. G.
Cahill
,
Rev. Sci. Instrum.
61
,
802
(
1990
).
37.
P.
Stoica
and
R.
Moses
,
Spectral Analysis of Signals
(
Pearson Prentice Hall
,
2005
).
38.
C.
Rauscher
,
V.
Janssen
, and
R.
Minihold
,
Fundamentals of Spectrum Analysis
(
Rohde & Schwarz
,
2007
).
39.
F. G.
Aliev
and
J. P.
Cascales
,
Noise in Spintronics: From Understanding to Manipulation
(
Pan Stanford Publishing
,
Singapore
,
2018
); includes bibliographical references and index.
40.
M.
Agrawal
,
V. I.
Vasyuchka
,
A. A.
Serga
,
A. D.
Karenowska
,
G. A.
Melkov
, and
B.
Hillebrands
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
107204
(
2013
).
41.
M.
Imamura
,
H.
Asada
,
D.
Tashima
, and
J.
Kitagawa
,
Electr. Eng. Jpn.
139
,
291
(
2019
).
42.
R.
Iguchi
,
K.-I.
Uchida
,
S.
Daimon
, and
E.
Saitoh
,
Phys. Rev. B
95
,
174401
(
2017
).
43.
A.
Sola
,
P.
Bougiatioti
,
M.
Kuepferling
,
D.
Meier
,
G.
Reiss
,
M.
Pasquale
,
V.
Kuschel
, and
T.
Basso
,
Sci. Rep.
7
,
46752
(
2017
).
44.
45.
Y.
Xu
,
W.
Zhao
, and
S.
Mangin
,
Phys. Rev. B
98
,
144408
(
2018
).
46.
M.
Schreier
,
F.
Kramer
,
H.
Huebl
,
S.
Geprägs
,
R.
Gross
,
S. T. B.
Goennenwein
,
T.
Noack
,
T.
Langner
,
A. A.
Serga
,
B.
Hillebrands
, and
V. I.
Vasyuchka
,
Phys. Rev. B
93
,
224430
(
2016
).
47.
A.
Vaterlaus
,
T.
Beutler
, and
F.
Meier
,
Phys. Rev. Lett.
67
,
3314
(
1991
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.