The realization of ultra-low energy consumption spin wave device applications requires a material that can efficiently propagate the spin waves. Spinel-type ferrite is a promising insulator from the perspective of application in magnonic devices owing to its good crystal compatibility. In this study, thin films of spinel γ-Fe2−xAlxO3 (0 ≤ x ≤0.5) are fabricated on single-crystal MgO substrates through pulsed laser deposition. High crystalline quality and room temperature ferrimagnetism are observed in all the films. Spin wave propagation is observed in γ-Fe2−xAlxO3 films, and it is found that the spin-wave transmission properties significantly correlate with the crystallinity and magnetization of the films. The γ-Fe1.85Al0.15O3 thin film represents an excellent compromise between a sufficiently high spin-wave amplitude and long propagation distance. These results indicate that the γ-Fe2−xAlxO3 thin film is a highly promising candidate for application in spin-wave-based computing devices in the future.

1.
A. V.
Chumak
,
A. A.
Serga
, and
B.
Hillebrands
,
Nat. Commun.
5
,
4700
(
2014
).
2.
A.
Khitun
,
J. Appl. Phys.
111
,
054307
(
2012
).
3.
K.
Vogt
,
F. Y.
Fradin
,
J. E.
Pearson
,
T.
Sebastian
,
S. D.
Bader
,
B.
Hillebrands
,
A.
Hoffmann
, and
H.
Schultheiss
,
Nat. Commun.
5
,
3727
(
2014
).
4.
T.
Schneider
,
A. A.
Serga
,
B.
Leven
,
B.
Hillebrands
,
R. L.
Stamps
, and
M. P.
Kostylev
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
022505
(
2008
).
5.
R.
Lebrun
,
A.
Ross
,
S. A.
Bender
,
A.
Qaiumzadeh
,
L.
Baldrati
,
J.
Cramer
,
A.
Brataas
,
R. A.
Duine
, and
M.
Kläui
,
Nature
561
,
222
(
2018
).
6.
P.
Pirro
,
T.
Brächer
,
A. V.
Chumak
,
B.
Lägel
,
C.
Dubs
,
O.
Surzhenko
,
P.
Görnert
,
B.
Leven
, and
B.
Hillebrands
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
012402
(
2014
).
7.
T.
Brächer
,
M.
Fabre
,
T.
Meyer
,
T.
Fischer
,
S.
Auffret
,
O.
Boulle
,
U.
Ebels
,
P.
Pirro
, and
G.
Gaudin
,
Nano Lett.
17
,
7234
(
2017
).
8.
O.
Gladii
,
M.
Collet
,
K.
Garcia-Hernandez
,
C.
Cheng
,
S.
Xavier
,
P.
Bortolotti
,
V.
Cros
,
Y.
Henry
,
J.-V.
Kim
,
A.
Anane
, and
M.
Bailleul
,
Appl. Phys. Lett.
108
,
202407
(
2016
).
9.
S.
Ikeda
,
K.
Miura
,
H.
Yamamoto
,
K.
Mizunuma
,
H. D.
Gan
,
M.
Endo
,
S.
Kanai
,
J.
Hayakawa
,
F.
Matsukura
, and
H.
Ohno
,
Nat. Mater.
9
,
721
(
2010
).
10.
S.
Choudhury
,
A. K.
Chaurasiya
,
A. K.
Mondal
,
B.
Rana
,
K.
Miura
,
H.
Takahashi
,
Y.
Otani
, and
A.
Barman
,
Sci. Adv.
6
,
eaba5457
(
2020
).
11.
T.
Sebastian
,
Y.
Ohdaira
,
T.
Kubota
,
P.
Pirro
,
T.
Brächer
,
K.
Vogt
,
A. A.
Serga
,
H.
Naganuma
,
M.
Oogane
,
Y.
Ando
, and
B.
Hillebrands
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
112402
(
2012
).
12.
M.
Vogel
,
A. V.
Chumak
,
E. H.
Waller
,
T.
Langner
,
V. I.
Vasyuchka
,
B.
Hillebrands
, and
G.
von Freymann
,
Nat. Phys.
11
,
487
(
2015
).
13.
V.
Castel
,
N.
Vlietstra
,
B. J.
van Wees
, and
J.
Ben Youssef
,
Phys. Rev. B
90
,
214434
(
2014
).
14.
M.
Collet
,
X.
de Milly
,
O.
d'Allivy Kelly
,
V. V.
Naletov
,
R.
Bernard
,
P.
Bortolotti
,
J.
Ben Youssef
,
V. E.
Demidov
,
S. O.
Demokritov
,
J. L.
Prieto
,
M.
Muñoz
,
V.
Cros
,
A.
Anane
,
G.
de Loubens
, and
O.
Klein
,
Nat. Commun.
7
,
10377
(
2016
).
15.
B. M.
Howe
,
S.
Emori
,
H.-M.
Jeon
,
T. M.
Oxholm
,
J. G.
Jones
,
K.
Mahalingam
,
Y.
Zhuang
,
N. X.
Sun
, and
G. J.
Brown
,
IEEE Magn. Lett.
6
,
3500504
(
2015
).
16.
C.
Liu
,
J.
Chen
,
T.
Liu
,
F.
Heimbach
,
H.
Yu
,
Y.
Xiao
,
J.
Hu
,
M.
Liu
,
H.
Chang
,
T.
Stueckler
,
S.
Tu
,
Y.
Zhang
,
Y.
Zhang
,
P.
Gao
,
Z.
Liao
,
D.
Yu
,
K.
Xia
,
N.
Lei
,
W.
Zhao
, and
M.
Wu
,
Nat. Commun.
9
,
738
(
2018
).
17.
M. S.
Sarker
,
H.
Yamahara
, and
H.
Tabata
,
Appl. Phys. Lett.
117
,
152403
(
2020
).
18.
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
).
19.
V. G.
Harris
,
IEEE Trans. Magn.
48
,
1075
(
2012
).
20.
M.
Pardavi-Horvath
,
J. Magn. Magn. Mater.
215–216
,
171
(
2000
).
21.
S.
Emori
and
P.
Li
,
J. Appl. Phys.
129
,
020901
(
2021
).
22.
R. K.
Gupta
and
F.
Yakuphanoglu
,
Mater. Lett.
65
,
3058
(
2011
).
23.
H.
Xiang
,
F.
Shi
,
M. S.
Rzchowski
,
P. M.
Voyles
, and
Y. A.
Chang
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
092508
(
2010
).
24.
O. E.
Taurian
,
M.
Springborg
, and
N. E.
Christensen
,
Solid State Commun.
55
,
351
(
1985
).
25.
E.
Solano
,
C.
Frontera
,
T.
Puig
,
X.
Obradors
,
S.
Ricart
, and
J.
Ros
,
J. Appl. Crystallogr.
47
,
414
(
2014
).
26.
J. J.
Wisser
,
L. J.
Riddiford
,
A.
Altman
,
P.
Li
,
S.
Emori
,
P.
Shafer
,
C.
Klewe
,
A. T.
N'Diaye
,
E.
Arenholz
, and
Y.
Suzuki
,
Appl. Phys. Lett.
116
,
142406
(
2020
).
27.
Y.
Jang
,
S.
Hong
,
J.
Seo
,
H.
Cho
,
K.
Char
, and
Z.
Galazka
,
Appl. Phys. Lett.
116
,
202104
(
2020
).
28.
D. S.
Mathew
and
R.-S.
Juang
,
Chem. Eng. J.
129
,
51
(
2007
).
29.
H.-J.
Kim
,
M.
Sasaki
,
A.
Ohnishi
,
M.
Kitaura
,
M.
Saito
,
S.
Nonoyama
,
Y.
Hara
, and
K.
Ogawa
,
Physica B
407
,
126
(
2012
).
30.
S.
Sato
,
Y.
Uchida
, and
R.
Tamura
,
Symmetry
12
,
1910
(
2020
).
31.
S.
Yoshii
,
R.
Ohshima
,
Y.
Ando
,
T.
Shinjo
, and
M.
Shiraishi
,
Sci. Rep.
10
,
15764
(
2020
).
32.
M. M.
Can
,
M.
Coşkun
, and
T.
Fırat
,
J. Alloys Compd.
542
,
241
(
2012
).
33.
U. K.
Bhaskar
,
G.
Talmelli
,
F.
Ciubotaru
,
C.
Adelmann
, and
T.
Devolder
,
J. Appl. Phys.
127
,
033902
(
2020
).
34.
R. W.
Damon
and
J. R.
Eshbach
,
J. Appl. Phys.
31
,
S104
(
1960
).
35.
A. V.
Chumak
,
V. I.
Vasyuchka
,
A. A.
Serga
, and
B.
Hillebrands
,
Nat. Phys.
11
,
453
(
2015
).
36.
G.
Attard
and
C.
Barnes
,
Surfaces, Edition En Anglais
(
Oxford University Press
,
1998
).
37.
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
).
38.
M. C.
Onbasli
,
A.
Kehlberger
,
D. H.
Kim
,
G.
Jakob
,
M.
Kläui
,
A. V.
Chumak
,
B.
Hillebrands
, and
C. A.
Ross
,
APL Mater.
2
,
106102
(
2014
).
39.
S.
Emori
,
B. A.
Gray
,
H.
Jeon
,
J.
Peoples
,
M.
Schmitt
,
K.
Mahalingam
,
M.
Hill
,
M. E.
McConney
,
M. T.
Gray
,
U. S.
Alaan
,
A. C.
Bornstein
,
P.
Shafer
,
A. T.
N'Diaye
,
E.
Arenholz
,
G.
Haugstad
,
K.
Meng
,
F.
Yang
,
D.
Li
,
S.
Mahat
,
D. G.
Cahill
,
P.
Dhagat
,
A.
Jander
,
N. X.
Sun
,
Y.
Suzuki
, and
B. M.
Howe
,
Adv. Mater.
29
,
1701130
(
2017
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.