Zeitaufgelöste Messungen des ac inversen Spin-Hall-Effekts und Untersuchungen von Spinwellen mittels Lock-in Thermographie

Abstract

Die Dissertation behandelt zwei Themenbereiche. Im ersten Teil wird die Spinwellenausbreitung mittels Lock-In Thermographie (LIT) untersucht. Dabei wird der unidirektionale Wärmetransfer durch Damon-Eshbach-Moden in einer 200 nm YIG-Schicht nachgewiesen, indem gezeigt wird, dass die Ausbreitung der DEM zu einer asymmetrischen Temperaturverteilung in einer Richtung senkrecht zur Antennenachse führt. Außerdem wird gezeigt, dass mit der LIT die Inhomogenität des externen Magnetfeldes veranschaulicht werden kann. Der zweite Teil befasst sich mit der zeitaufgelösten Messung des ac inversen Spin-Hall-Effekts (ac-ISHE), wobei ein geeigneter Messaufbau und Probendesign entwickelt werden. Es werden verschiedene parasitäre Signale, die den ac-ISHE überlagern, berücksichtigt und beseitigt. Der zeitliche Verlauf der Induktionsspannung wird genutzt, um die Magnetisierungsdynamik bei Anregung mit HF-Pulsen zu untersuchen, wobei Simulationen zu einem tieferen Einblick verhelfen. Außerdem wird eine indirekte Methode zur Messung des ac-ISHE vorgestellt, bei der keine Referenzprobe benötigt wird.

The PhD thesis deals with two topics. In the first part the propagation of spin waves is investigated by means of the lock-in thermography (LIT). The unidirectional heat conveyer effect produced by Damon-Eshbach modes in a 200 nm YIG-layer is demonstrated by showing that the propagation of the DEM leads to an asymmetric temperature profile in a direction perpendicular to the antenna axis. It is also shown that the inhomogeneity of the external magnetic field can be visualized with the LIT. The second part deals with the time-resolved measurement of the ac inverse spin-Hall effect (ac-ISHE), whereby a suitable measurement setup and sample design are developed. Various parasitic signals superimposed on the ac-ISHE are considered and eliminated. The time-resolved contribution of the inductive signal is used to study the magnetization dynamics excited with RF pulses, with simulations providing a deeper insight. An indirect method for ac-ISHE measurements is also presented, which does not require a reference sample.