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.

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
).
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
).
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.

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.