Ferrimagnetic insulators (FMIs) are regarded as promising candidates for magnonic devices. Nevertheless, unraveling the origin of anomalous Hall effect (AHE) and tuning AHE in heavy metal (HM)/FMI prove challenging as charges exclusively traverse within the HM. Here, we investigate AHE in a Pt/Gd3Fe5O12 (GdIG) bilayer at various temperatures and observe a signal inversion at 180 K. By varying the thickness of GdIG and Pt, we note that AHE signal inversion occurs in all instances except when the Pt thickness is below 3 nm. Moreover, the monotonic variation in the temperature dependence of the coercive field (Hc) indicates that the inversion of the AHE signal is not correlated with the compensation temperature (Tc). Instead, it is attributed to the competition between spin Hall magnetoresistance (SMR) and the magnetic proximity effect (MPE). Furthermore, the precise control over the AHE inversion has achieved through the application of extra in-plane magnetic fields (Hx). Our study clarifies the origins of the AHE in Pt/FMI bilayers, where the interaction between the SMR and MPE governs the direction and magnitude of the AHE. Furthermore, we showcase the ability to control the inversion of the AHE signal by manipulating the extra Hx.

1.
M.
Cubukcu
,
O.
Boulle
,
M.
Drouard
,
K.
Garello
,
C. O.
Avci
,
I. M.
Miron
,
J.
Langer
,
B.
Ocker
,
P.
Gambardella
, and
G.
Gaudin
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
042406
(
2014
).
2.
S.
Woo
,
M.
Mann
,
A. J.
Tan
,
L.
Caretta
, and
G. S.
Beach
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
212404
(
2014
).
3.
Z.
Zhao
,
M.
Jamali
,
A. K.
Smith
, and
J.-P.
Wang
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
132404
(
2015
).
4.
K.
Garello
,
C. O.
Avci
,
I. M.
Miron
,
M.
Baumgartner
,
A.
Ghosh
,
S.
Auffret
,
O.
Boulle
,
G.
Gaudin
, and
P.
Gambardella
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
212402
(
2014
).
5.
R.
Liu
,
W.
Lim
, and
S.
Urazhdin
,
Phys. Rev. B
89
,
220409
(
2014
).
6.
G.
Yu
,
P.
Upadhyaya
,
K. L.
Wong
,
W.
Jiang
,
J. G.
Alzate
,
J.
Tang
,
P. K.
Amiri
, and
K. L.
Wang
,
Phys. Rev. B
89
,
104421
(
2014
).
7.
X.
Wang
,
C. O.
Pauyac
, and
A.
Manchon
,
Phys. Rev. B
89
,
054405
(
2014
).
8.
A.
Manchon
,
J.
Železný
,
I. M.
Miron
,
T.
Jungwirth
,
J.
Sinova
,
A.
Thiaville
,
K.
Garello
, and
P.
Gambardella
,
Rev. Mod. Phys.
91
,
035004
(
2019
).
9.
J.
Grollier
,
D.
Querlioz
,
K.
Camsari
,
K.
Everschor-Sitte
,
S.
Fukami
, and
M.
Stiles
,
Nat. Electron.
3
,
360
(
2020
).
10.
B.
Dieny
,
I. L.
Prejbeanu
,
K.
Garello
,
P.
Gambardella
,
P.
Freitas
,
R.
Lehndorff
,
W.
Raberg
,
U.
Ebels
,
S. O.
Demokritov
,
J.
Akerman
,
A.
Deac
,
P.
Pirro
,
C.
Adelmann
,
A.
Anane
,
A. V.
Chumak
,
A.
Hirohata
,
S.
Mangin
,
S. O.
Valenzuela
,
M. C.
Onbaşlı
,
M.
d'Aquino
,
G.
Prenat
,
G.
Finocchio
,
L.
Lopez-Diaz
,
R.
Chantrell
,
O.
Chubykalo-Fesenko
, and
P.
Bortolotti
,
Nat. Electron.
3
,
446
(
2020
).
11.
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
).
12.
L.
Liu
,
C.-F.
Pai
,
Y.
Li
,
H.
Tseng
,
D.
Ralph
, and
R.
Buhrman
,
Science
336
,
555
(
2012
).
13.
M.
Akyol
,
J. G.
Alzate
,
G.
Yu
,
P.
Upadhyaya
,
K. L.
Wong
,
A.
Ekicibil
,
P. K.
Amiri
, and
K. L.
Wang
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
032406
(
2015
).
14.
G.
Yu
,
L.-T.
Chang
,
M.
Akyol
,
P.
Upadhyaya
,
C.
He
,
X.
Li
,
K. L.
Wong
,
P. K.
Amiri
, and
K. L.
Wang
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
102411
(
2014
).
15.
Q.
Hao
and
G.
Xiao
,
Phys. Rev. B
91
,
224413
(
2015
).
16.
C. O.
Avci
,
K.
Garello
,
I. M.
Miron
,
G.
Gaudin
,
S.
Auffret
,
O.
Boulle
, and
P.
Gambardella
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
212404
(
2012
).
17.
J.
Kim
,
J.
Sinha
,
S.
Mitani
,
M.
Hayashi
,
S.
Takahashi
,
S.
Maekawa
,
M.
Yamanouchi
, and
H.
Ohno
,
Phys. Rev. B
89
,
174424
(
2014
).
18.
J.
Torrejon
,
F.
Garcia-Sanchez
,
T.
Taniguchi
,
J.
Sinha
,
S.
Mitani
,
J.-V.
Kim
, and
M.
Hayashi
,
Phys. Rev. B
91
,
214434
(
2015
).
19.
C.
Zhang
,
S.
Fukami
,
H.
Sato
,
F.
Matsukura
, and
H.
Ohno
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
012401
(
2015
).
20.
C. O.
Avci
,
K.
Garello
,
C.
Nistor
,
S.
Godey
,
B.
Ballesteros
,
A.
Mugarza
,
A.
Barla
,
M.
Valvidares
,
E.
Pellegrin
,
A.
Ghosh
,
I. M.
Miron
,
O.
Boulle
,
S.
Auffret
,
G.
Gaudin
, and
P.
Gambardella
,
Phys. Rev. B
89
,
214419
(
2014
).
21.
M.
Hayashi
,
J.
Kim
,
M.
Yamanouchi
, and
H.
Ohno
,
Phys. Rev. B
89
,
144425
(
2014
).
22.
S.
Vélez
,
J.
Schaab
,
M. S.
Wörnle
,
M.
Müller
,
E.
Gradauskaite
,
P.
Welter
,
C.
Gutgsell
,
C.
Nistor
,
C. L.
Degen
,
M.
Trassin
,
M.
Fiebig
, and
P.
Gambardella
,
Nat. Commun.
10
,
4750
(
2019
).
23.
S.
Husain
,
N. F.
Prestes
,
O.
Fayet
,
S.
Collin
,
F.
Godel
,
E.
Jacquet
,
T.
Denneulin
,
R. E.
Dunin-Borkowski
,
A.
Thiaville
,
M.
Bibes
,
H.
Jaffrès
,
N.
Reyren
,
A.
Fert
, and
J.-M.
George
,
Nano Lett.
24
(
9
),
2743
(
2024
).
24.
A.
Brataas
,
B.
van Wees
,
O.
Klein
,
G.
de Loubens
, and
M.
Viret
,
Phys. Rep.
885
,
1
(
2020
).
25.
M.
Wu
and
A.
Hoffmann
,
Recent Advances in Magnetic Insulators—From Spintronics to Microwave Applications
(
Academic Press
,
2013
).
26.
Z.
Ren
,
K.
Qian
,
M.
Aldosary
,
Y.
Liu
,
S. K.
Cheung
,
I.
Ng
,
J.
Shi
, and
Q.
Shao
,
APL Mater.
9
,
051117
(
2021
).
27.
S.
Husain
,
N.
Figueiredo-Prestes
,
O.
Fayet
,
S.
Collin
,
F.
Godel
,
E.
Jacquet
,
N.
Reyren
,
H.
Jaffrès
, and
J.-M.
George
,
Appl. Phys. Lett.
122
,
062403
(
2023
).
28.
G.
Winkler
,
Magnetic Garnets
(
International Publishers Service, Incorporated
,
1981
), Vol.
5
.
29.
G. F.
Dionne
,
Magnetic Oxides
(
Springer
,
2009
), Vol.
14
.
30.
C. O.
Avci
,
A.
Quindeau
,
C.-F.
Pai
,
M.
Mann
,
L.
Caretta
,
A. S.
Tang
,
M. C.
Onbasli
,
C. A.
Ross
, and
G. S.
Beach
,
Nat. Mater.
16
,
309
(
2017
).
31.
S.
Ding
,
Z.
Liang
,
C.
Yun
,
R.
Wu
,
M.
Xue
,
Z.
Lin
,
A.
Ross
,
S.
Becker
,
W.
Yang
,
X.
Ma
,
D.
Chen
,
K.
Sun
,
G.
Jakob
,
M.
Kläui
, and
J.
Yang
,
Phys. Rev. B
104
,
224410
(
2021
).
32.
T.
Dang
,
Q.
Barbedienne
,
D.
To
,
E.
Rongione
,
N.
Reyren
,
F.
Godel
,
S.
Collin
,
J.
George
, and
H.
Jaffrès
,
Phys. Rev. B
102
,
144405
(
2020
).
33.
Q.
Zhang
,
P.
Li
,
Y.
Wen
,
X.
He
,
Y.
Zhao
,
J.
Zhang
, and
X.
Zhang
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
50
,
235002
(
2017
).
34.
S. S.-L.
Zhang
and
G.
Vignale
,
Phys. Rev. Lett.
116
,
136601
(
2016
).
35.
Y.-T.
Chen
,
S.
Takahashi
,
H.
Nakayama
,
M.
Althammer
,
S. T.
Goennenwein
,
E.
Saitoh
, and
G. E.
Bauer
,
Phys. Rev. B
87
,
144411
(
2013
).
36.
C. O.
Avci
,
A.
Quindeau
,
M.
Mann
,
C.-F.
Pai
,
C. A.
Ross
, and
G. S.
Beach
,
Phys. Rev. B
95
,
115428
(
2017
).
37.
S.-Y.
Huang
,
X.
Fan
,
D.
Qu
,
Y.
Chen
,
W.
Wang
,
J.
Wu
,
T.
Chen
,
J.
Xiao
, and
C.
Chien
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
107204
(
2012
).
38.
M.
Collet
,
R.
Mattana
,
J.-B.
Moussy
,
K.
Ollefs
,
S.
Collin
,
C.
Deranlot
,
A.
Anane
,
V.
Cros
,
F.
Petroff
,
F.
Wilhelm
, and
A.
Rogalev
,
Appl. Phys. Lett.
111
,
202401
(
2017
).
39.
H.-A.
Zhou
,
Y.
Dong
,
T.
Xu
,
K.
Xu
,
L.
Sánchez-Tejerina
,
L.
Zhao
,
Y.
Ba
,
P.
Gargiani
,
M.
Valvidares
,
Y.
Zhao
,
M.
Carpentieri
,
O. A.
Tretiakov
,
X.
Zhong
,
G.
Finocchio
,
S. K.
Kim
, and
W.
Jiang
, arXiv:1912.01775 (
2019
).
40.
L.
Liu
,
Z.
Fan
,
Z.
Chen
,
Z.
Chen
,
Z.
Ye
,
H.
Zheng
,
Q.
Zeng
,
W.
Jia
,
S.
Li
,
N.
Wang
,
J.
Liu
,
L.
Ma
,
T.
Lin
,
M.
Qiu
,
S.
Li
,
P.
Han
,
J.
Shi
, and
H.
An
,
Appl. Phys. Lett.
119
,
052401
(
2021
).
41.
J.
Finley
and
L.
Liu
,
Phys. Rev. Appl.
6
,
054001
(
2016
).
42.
R.
Mishra
,
J.
Yu
,
X.
Qiu
,
M.
Motapothula
,
T.
Venkatesan
, and
H.
Yang
,
Phys. Rev. Lett.
118
,
167201
(
2017
).
43.
W.
Seung Ham
,
S.
Kim
,
D.-H.
Kim
,
K.-J.
Kim
,
T.
Okuno
,
H.
Yoshikawa
,
A.
Tsukamoto
,
T.
Moriyama
, and
T.
Ono
,
Appl. Phys. Lett.
110
,
242405
(
2017
).
44.
J.
Finley
and
L.
Liu
,
Appl. Phys. Lett.
116
,
110501
(
2020
).
45.
C.
Tang
,
P.
Sellappan
,
Y.
Liu
,
Y.
Xu
,
J. E.
Garay
, and
J.
Shi
,
Phys. Rev. B
94
,
140403(R)
(
2016
).
46.
B.
Dong
,
J.
Cramer
,
K.
Ganzhorn
,
H. Y.
Yuan
,
E.
Guo
,
S. T. B.
Goennenwein
, and
M.
Kläui
,
J. Phys.: Condens. Matter
30
,
035802
(
2018
).
47.
Y.
Li
,
D.
Zheng
,
C.
Liu
,
C.
Zhang
,
B.
Fang
,
A.
Chen
,
Y.
Ma
,
A.
Manchon
, and
X.
Zhang
,
ACS Nano
16
,
8181
(
2022
).
48.
S.
Geprägs
,
C.
Klewe
,
S.
Meyer
,
D.
Graulich
,
F.
Schade
,
M.
Schneider
,
S.
Francoual
,
S. P.
Collins
,
K.
Ollefs
,
F.
Wilhelm
,
A.
Rogalev
,
Y.
Joly
,
S. T. B.
Goennenwein
,
M.
Opel
,
T.
Kuschel
, and
R.
Gross
,
Phys. Rev. B
102
,
214438
(
2020
).
49.
50.
S.
Geprägs
,
A.
Kehlberger
,
F. D.
Coletta
,
Z.
Qiu
,
E. J.
Guo
,
T.
Schulz
,
C.
Mix
,
S.
Meyer
,
A.
Kamra
,
M.
Althammer
,
H.
Huebl
,
G.
Jakob
,
Y.
Ohnuma
,
H.
Adachi
,
J.
Barker
,
S.
Maekawa
,
G. E. W.
Bauer
,
E.
Saitoh
,
R.
Gross
,
S. T. B.
Goennenwein
, and
M.
Kläui
,
Nat. Commun.
7
,
10452
(
2016
).
51.
S.
Damerio
and
C. O.
Avci
,
J. Appl. Phys.
133
,
073902
(
2023
).
52.
K.
Ganzhorn
,
J.
Barker
,
R.
Schlitz
,
B. A.
Piot
,
K.
Ollefs
,
F.
Guillou
,
F.
Wilhelm
,
A.
Rogalev
,
M.
Opel
,
M.
Althammer
,
S.
Geprägs
,
H.
Huebl
,
R.
Gross
,
G. E. W.
Bauer
, and
S. T. B.
Goennenwein
,
Phys. Rev. B
94
,
094401
(
2016
).
53.
E. R.
Rosenberg
,
L.
Beran
,
C. O.
Avci
,
C.
Zeledon
,
B.
Song
,
C.
Gonzalez-Fuentes
,
J.
Mendil
,
P.
Gambardella
,
M.
Veis
,
C.
Garcia
,
G. S. D.
Beach
, and
C. A.
Ross
,
Phys. Rev. Mater.
2
,
094405
(
2018
).
54.
Y.
Wang
,
X.
Wang
,
A. T.
Clark
,
H.
Chen
,
X. M.
Cheng
,
J. W.
Freeland
, and
J. Q.
Xiao
,
Phys. Rev. Mater.
5
,
074409
(
2021
).
55.
E.
Rosenberg
,
J.
Bauer
,
E.
Cho
,
A.
Kumar
,
J.
Pelliciari
,
C. A.
Occhialini
,
S.
Ning
,
A.
Kaczmarek
,
R.
Rosenberg
,
J. W.
Freeland
, and
Y.
Chen
,
Small
19
,
2300824
(
2023
).
56.
L.
Ma
,
H.
Fu
,
M.
Tang
,
X.
Qiu
,
Z.
Shi
,
C.
You
,
N.
Tian
, and
J.-G.
Zheng
,
Appl. Phys. Lett.
117
,
122405
(
2020
).
57.
J. J.
Bauer
,
P.
Quarterman
,
A. J.
Grutter
,
B.
Khurana
,
S.
Kundu
,
K. A.
Mkhoyan
,
J. A.
Borchers
, and
C. A.
Ross
,
Phys. Rev. B
104
,
094403
(
2021
).
58.
X.
Liang
,
Y.
Zhu
,
B.
Peng
,
L.
Deng
,
J.
Xie
,
H.
Lu
,
M.
Wu
, and
L.
Bi
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
8
,
8175
(
2016
).
59.
X.
Zhou
,
L.
Ma
,
Z.
Shi
,
W. J.
Fan
,
J.
Guo Zheng
,
R. F. L.
Evans
, and
S. M.
Zhou
,
Phys. Rev. B
92
,
060402(R)
(
2015
).
60.
C.-F.
Pai
,
M.
Mann
,
A. J.
Tan
, and
G. S.
Beach
,
Phys. Rev. B
93
,
144409
(
2016
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.