We report on the enhancement of spin Hall angle from the CoFeB/Pt interface by introducing nitrogen into the Pt thin film. Spin-torque ferromagnetic resonance measurements on the effective spin Hall angle (θSH) reveal a non-monotonic variation as a function of the amount of nitrogen gas introduced, Q in the film deposition, which peaks at θSH = 0.16 when Q is 8%. Our analysis shows that the θSH enhancement is mainly attributed to the increase in spin-dependent scattering at the interface. The effective magnetic damping decreases with increasing Q due to the reduced spin–orbit coupling. The interfacial spin transparency is also observed to show improvement after the introduction of nitrogen. Moreover, the additional damping-like torque from the interface may also lead to the enhancement of the linewidth modulation.
References
1.
C. O.
Avci
, A.
Quindeau
, C.-F.
Pai
, M.
Mann
, L.
Caretta
, A. S.
Tang
, M. C.
Onbasli
, C. A.
Ross
, and G. S. D.
Beach
, Nat. Mater.
16
, 309
(2017
).2.
S.
Emori
, U.
Bauer
, S. M.
Ahn
, E.
Martinez
, and G. S. D.
Beach
, Nat. Mater.
12
, 611
(2013
).3.
L.
Liu
, C.-F.
Pai
, Y.
Li
, H. W.
Tseng
, D. C.
Ralph
, and R. A.
Buhrman
, Science
336
, 555
(2012
).4.
I. M.
Miron
, K.
Garello
, G.
Gaudin
, P.-J.
Zermatten
, M. V.
Costache
, S.
Auffret
, S.
Bandiera
, B.
Rodmacq
, A.
Schuhl
, and P.
Gambardella
, Nature
476
, 189
(2011
).5.
L.
Liu
, O. J.
Lee
, T. J.
Gudmundsen
, D. C.
Ralph
, and R. A.
Buhrman
, Phys. Rev. Lett.
109
, 096602
(2012
).6.
G.
Yu
, P.
Upadhyaya
, Y.
Fan
, J. G.
Alzate
, W.
Jiang
, K. L.
Wong
, S.
Takei
, S. A.
Bender
, L.
Te Chang
, Y.
Jiang
, M.
Lang
, J.
Tang
, Y.
Wang
, Y.
Tserkovnyak
, P. K.
Amiri
, and K. L.
Wang
, Nat. Nanotechnol.
9
, 548
(2014
).7.
F.
Luo
, Q. Y.
Wong
, S.
Li
, F.
Tan
, G. J.
Lim
, X.
Wang
, and W. S.
Lew
, Sci. Rep.
9
, 10776
(2019
).8.
W. J.
Kong
, C. H.
Wan
, B. S.
Tao
, C.
Fang
, L.
Huang
, C. Y.
Guo
, M.
Irfan
, and X. F.
Han
, Appl. Phys. Lett.
113
, 162402
(2018
).9.
S.
Li
, S.
Goolaup
, J.
Kwon
, F.
Luo
, W.
Gan
, and W. S.
Lew
, Sci. Rep.
7
, 972
(2017
).10.
J.
Sinova
, S. O.
Valenzuela
, J.
Wunderlich
, C. H.
Back
, and T.
Jungwirth
, Rev. Mod. Phys.
87
, 1213
(2015
).11.
A.
Soumyanarayanan
, N.
Reyren
, A.
Fert
, and C.
Panagopoulos
, Nature
539
, 509
(2016
).12.
K.
Garello
, I. M.
Miron
, C. O.
Avci
, F.
Freimuth
, Y.
Mokrousov
, S.
Blügel
, S.
Auffret
, O.
Boulle
, G.
Gaudin
, and P.
Gambardella
, Nat. Nanotechnol.
8
, 587
(2013
).13.
Y. W.
Oh
, S. H. C.
Baek
, Y. M.
Kim
, H. Y.
Lee
, K. D.
Lee
, C. G.
Yang
, E. S.
Park
, K. S.
Lee
, K. W.
Kim
, G.
Go
, J. R.
Jeong
, B. C.
Min
, H. W.
Lee
, K. J.
Lee
, and B. G.
Park
, Nat. Nanotechnol.
11
, 878
(2016
).14.
L.
Zhu
, D. C.
Ralph
, and R. A.
Buhrman
, Phys. Rev. Appl.
10
, 031001
(2018
).15.
C.
Hong
, L.
Jin
, H.
Zhang
, M.
Li
, Y.
Rao
, B.
Ma
, J.
Li
, Z.
Zhong
, and Q.
Yang
, Adv. Electron. Mater.
4
, 1700632
(2018
).16.
L.
Liu
, T.
Moriyama
, D. C.
Ralph
, and R. A.
Buhrman
, Phys. Rev. Lett.
106
, 036601
(2011
).17.
G. D. H.
Wong
, W. C.
Law
, F. N.
Tan
, W. L.
Gan
, C. C. I.
Ang
, Z.
Xu
, C. S.
Seet
, and W. S.
Lew
, Sci. Rep.
10
, 9631
(2020
).18.
Y.
Wang
, P.
Deorani
, X.
Qiu
, J. H.
Kwon
, and H.
Yang
, Appl. Phys. Lett.
105
, 152412
(2014
).19.
C.-F.
Pai
, L.
Liu
, Y.
Li
, H. W.
Tseng
, D. C.
Ralph
, and R. A.
Buhrman
, Appl. Phys. Lett.
101
, 122404
(2012
).20.
Y.
Wang
, P.
Deorani
, K.
Banerjee
, N.
Koirala
, M.
Brahlek
, S.
Oh
, and H.
Yang
, Phys. Rev. Lett.
114
, 257202
(2015
).21.
Y.
Wang
, D.
Zhu
, Y.
Wu
, Y.
Yang
, J.
Yu
, R.
Ramaswamy
, R.
Mishra
, S.
Shi
, M.
Elyasi
, K.-L.
Teo
, Y.
Wu
, and H.
Yang
, Nat. Commun.
8
, 1364
(2017
).22.
A. R.
Mellnik
, J. S.
Lee
, A.
Richardella
, J. L.
Grab
, P. J.
Mintun
, M. H.
Fischer
, A.
Vaezi
, A.
Manchon
, E.-A.
Kim
, N.
Samarth
, and D. C.
Ralph
, Nature
511
, 449
(2014
).23.
W.
Zhang
, W.
Han
, S.-H.
Yang
, Y.
Sun
, Y.
Zhang
, B.
Yan
, and S. S. P. P.
Parkin
, Sci. Adv.
2
, e1600759
(2016
).24.
J.
Zhou
, X.
Wang
, Y.
Liu
, J.
Yu
, H.
Fu
, L.
Liu
, S.
Chen
, J.
Deng
, W.
Lin
, X.
Shu
, H. Y.
Yoong
, T.
Hong
, M.
Matsuda
, P.
Yang
, S.
Adams
, B.
Yan
, X.
Han
, and J.
Chen
, Sci. Adv.
5
, eaau6696
(2019
).25.
H.
An
, Y.
Kageyama
, Y.
Kanno
, N.
Enishi
, and K.
Ando
, Nat. Commun.
7
, 13069
(2016
).26.
K.-U.
Demasius
, T.
Phung
, W.
Zhang
, B. P.
Hughes
, S.-H.
Yang
, A.
Kellock
, W.
Han
, A.
Pushp
, and S. S. P.
Parkin
, Nat. Commun.
7
, 10644
(2016
).27.
H.
An
, T.
Ohno
, Y.
Kanno
, Y.
Kageyama
, Y.
Monnai
, H.
Maki
, J.
Shi
, and K.
Ando
, Sci. Adv.
4
, eaar2250
(2018
).28.
T.
Gao
, A.
Qaiumzadeh
, H.
An
, A.
Musha
, Y.
Kageyama
, J.
Shi
, and K.
Ando
, Phys. Rev. Lett.
121
, 017202
(2018
).29.
Y.
Kageyama
, Y.
Tazaki
, H.
An
, T.
Harumoto
, T.
Gao
, J.
Shi
, and K.
Ando
, Sci. Adv.
5
, eaax4278
(2019
).30.
S.
Ding
, A.
Ross
, D.
Go
, L.
Baldrati
, Z.
Ren
, F.
Freimuth
, S.
Becker
, F.
Kammerbauer
, J.
Yang
, G.
Jakob
, Y.
Mokrousov
, and M.
Kläui
, Phys. Rev. Lett.
125
, 177201
(2020
).31.
R.
Mishra
, F.
Mahfouzi
, D.
Kumar
, K.
Cai
, M.
Chen
, X.
Qiu
, N.
Kioussis
, and H.
Yang
, Nat. Commun.
10
, 248
(2019
).32.
A.
Asami
, H.
An
, A.
Musha
, T.
Gao
, M.
Kuroda
, and K.
Ando
, Phys. Rev. B
99
, 024432
(2019
).33.
T.-Y.
Chen
, C.-T.
Wu
, H.-W.
Yen
, and C.-F.
Pai
, Phys. Rev. B
96
, 104434
(2017
).34.
G.
Soto
, Mater. Lett.
58
, 2178
(2004
).35.
A.
Hecq
, J. P.
Delrue
, M.
Hecq
, and T.
Robert
, J. Mater. Sci.
16
, 407
(1981
).36.
H.
Kurebayashi
, J.
Sinova
, D.
Fang
, A. C.
Irvine
, T. D.
Skinner
, J.
Wunderlich
, V.
Novák
, R. P.
Campion
, B. L.
Gallagher
, E. K.
Vehstedt
, L. P.
Zârbo
, K.
Výborný
, A. J.
Ferguson
, and T.
Jungwirth
, Nat. Nanotechnol.
9
, 211
(2014
).37.
W.
Zhang
, W.
Han
, X.
Jiang
, S. H.
Yang
, and S. S. P.
Parkin
, Nat. Phys.
11
, 496
(2015
).38.
C.
Kittel
, Phys. Rev.
73
, 155
(1948
).39.
E.
Liu
, T.
Fache
, D.
Cespedes-Berrocal
, Z.
Zhang
, S.
Petit-Watelot
, S.
Mangin
, F.
Xu
, and J. C.
Rojas-Sánchez
, Phys. Rev. Appl.
12
, 044074
(2019
).40.
L.
Huang
, S.
He
, Q. J.
Yap
, and S.
Ter Lim
, Appl. Phys. Lett.
113
, 022402
(2018
).41.
R.
Arias
and D. L.
Mills
, Phys. Rev. B
60
, 7395
(1999
).42.
S.
He
, Y.
Liu
, Y.
Zheng
, Q.
Qin
, Z.
Wen
, Q.
Wu
, Y.
Yang
, Y.
Wang
, Y.
Feng
, K. L.
Teo
, and C.
Panagopoulos
, Phys. Rev. Mater.
1
, 064401
(2017
).43.
A.
Conca
, J.
Greser
, T.
Sebastian
, S.
Klingler
, B.
Obry
, B.
Leven
, and B.
Hillebrands
, J. Appl. Phys.
113
, 213909
(2013
).44.
A.
Okada
, S.
He
, B.
Gu
, S.
Kanai
, A.
Soumyanarayanan
, S.
Ter Lim
, M.
Tran
, M.
Mori
, S.
Maekawa
, F.
Matsukura
, H.
Ohno
, and C.
Panagopoulos
, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
114
, 3815
(2017
).45.
K.-S.
Lee
, S.-W.
Lee
, B.-C.
Min
, and K.-J.
Lee
, Appl. Phys. Lett.
102
, 112410
(2013
).46.
M.
Caminale
, A.
Ghosh
, S.
Auffret
, U.
Ebels
, K.
Ollefs
, F.
Wilhelm
, A.
Rogalev
, and W. E.
Bailey
, Phys. Rev. B
94
, 014414
(2016
).47.
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
).48.
J. M.
Shaw
, H. T.
Nembach
, and T. J.
Silva
, Phys. Rev. B
85
, 054412
(2012
).49.
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
).50.
R. J.
Elliott
, Phys. Rev.
96
, 266
(1954
).51.
Y.
Yafet
, J. Phys. Chem. Solids
21
, 99
(1961
).52.
J.
Bass
and W. P.
Pratt
, J. Phys.: Condens. Matter
19
, 183201
(2007
).53.
L.
Zhu
, D. C.
Ralph
, and R. A.
Buhrman
, Phys. Rev. B
99
, 180404
(2019
).54.
S. N.
Panda
, S.
Mondal
, J.
Sinha
, S.
Choudhury
, and A.
Barman
, Sci. Adv.
5
, eaav7200
(2019
).55.
C.-F.
Pai
, Y.
Ou
, L. H.
Vilela-Leão
, D. C.
Ralph
, and R. A.
Buhrman
, Phys. Rev. B
92
, 064426
(2015
).56.
T.
Moriyama
, S.
Takei
, M.
Nagata
, Y.
Yoshimura
, N.
Matsuzaki
, T.
Terashima
, Y.
Tserkovnyak
, and T.
Ono
, Appl. Phys. Lett.
106
, 162406
(2015
).57.
D.
Tiwari
, N.
Behera
, A.
Kumar
, P.
Dürrenfeld
, S.
Chaudhary
, D. K.
Pandya
, J.
Åkerman
, and P. K.
Muduli
, Appl. Phys. Lett.
111
, 232407
(2017
).58.
Y. J.
Kim
, M. H.
Lee
, G. W.
Kim
, T.
Kim
, I. H.
Cha
, Q. A. T.
Nguyen
, S. H.
Rhim
, and Y. K.
Kim
, Acta Mater.
200
, 551
(2020
).59.
I. M.
Miron
, T.
Moore
, H.
Szambolics
, L. D.
Buda-Prejbeanu
, S.
Auffret
, B.
Rodmacq
, S.
Pizzini
, J.
Vogel
, M.
Bonfim
, A.
Schuhl
, and G.
Gaudin
, Nat. Mater.
10
, 419
(2011
).60.
L.
Wang
, R. J. H.
Wesselink
, Y.
Liu
, Z.
Yuan
, K.
Xia
, and P. J.
Kelly
, Phys. Rev. Lett.
116
, 196602
(2016
).61.
V. P.
Amin
and M. D.
Stiles
, Phys. Rev. B
94
, 104420
(2016
).62.
I.
Hajzadeh
, B.
Rahmati
, G. R.
Jafari
, and S. M.
Mohseni
, Phys. Rev. B
99
, 094414
(2019
).63.
V. P.
Amin
, J.
Zemen
, and M. D.
Stiles
, Phys. Rev. Lett
121
, 136805
(2018
).64.
N.
Behera
, R.
Gupta
, S.
Husain
, V.
Barwal
, D. K.
Pandya
, S.
Chaudhary
, R.
Brucas
, P.
Svedlindh
, and A.
Kumar
, e-print arXiv:1903.03480v3.© 2021 Author(s).
2021
Author(s)
You do not currently have access to this content.
