Fast long-wavelength exchange spin waves in partially compensated Ga:YIG

  • Spin waves in yttrium iron garnet (YIG) nano-structures attract increasing attention from the perspective of novel magnon-based data processing applications. For short wavelengths needed in small-scale devices, the group velocity is directly proportional to the spin-wave exchange stiffness constant λex⁠. Using wave vector resolved Brillouin light scattering spectroscopy, we directly measure λex in Ga-substituted YIG thin films and show that it is about three times larger than for pure YIG. Consequently, the spin-wave group velocity overcomes the one in pure YIG for wavenumbers k > 4 rad/μm, and the ratio between the velocities reaches a constant value of around 3.4 for all k > 20 rad/μm. As revealed by vibrating-sample magnetometry and ferromagnetic resonance spectroscopy, Ga:YIG films with thicknesses down to 59 nm have a low Gilbert damping (⁠α<10−3⁠), a decreased saturation magnetization μ0MS≈20 mT, and a pronounced out-of-plane uniaxial anisotropy of about μ0Hu1≈95 mT, which leads to an out-of-plane easy axis. Thus, Ga:YIG opens access to fast and isotropic spin-wave transport for all wavelengths in nano-scale systems independently of dipolar effects.

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Verfasser*innenangaben:Tobias Böttcher, Moritz Ruhwedel, Khrystyna O. Levchenko, Qi WangORCiD, Hryhorii Leonidovych Chumak, Maksym A. PopovORCiD, Igor V. Zavislyak, Carsten DubsORCiD, Oleksii SurzhenkoORCiD, Burkard Hillebrands, Andrii V. ChumakORCiD, Philipp PirroORCiD
URN:urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-81353
DOI:https://doi.org/10.1063/5.0082724
ISSN:1077-3118
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Applied Physics Letters
Verlag:AIP
Dokumentart:Wissenschaftlicher Artikel
Sprache der Veröffentlichung:Englisch
Datum der Veröffentlichung (online):29.04.2024
Jahr der Erstveröffentlichung:2022
Veröffentlichende Institution:Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau
Datum der Publikation (Server):29.04.2024
Ausgabe / Heft:120/10
Seitenzahl:6
Quelle:https://pubs.aip.org/aip/apl/article/120/10/102401/2833022/Fast-long-wavelength-exchange-spin-waves-in
Fachbereiche / Organisatorische Einheiten:Kaiserslautern - Fachbereich Physik
DDC-Sachgruppen:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 530 Physik
Sammlungen:Open-Access-Publikationsfonds
Lizenz (Deutsch):Zweitveröffentlichung