Field-dependent nonelectronic contributions to thermal conductivity in a metallic ferromagnet with low Gilbert damping
Field-dependent nonelectronic contributions to thermal conductivity in a metallic ferromagnet with low Gilbert damping
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场相关的非电子对低吉尔伯特阻尼金属铁磁体热导率的贡献
DOI：
10.1103/physrevmaterials.5.l111401
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发表时间：
2021
影响因子：
3.4
通讯作者：
Zink, B. L.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Natale, M. R.;Wesenberg, D. J.;Edwards, Eric R.;Nembach, Hans T.;Shaw, Justin M.;Zink, B. L.
金属中的热传导通常由电子传输主导，因为电子携带电荷和热量。在磁性金属磁振子或自旋波中，磁序的激发可以用来传输信息。通过磁振子的热传导以前已经被证明主要用于具有低吉尔伯特阻尼的绝缘磁体，并且导致传导电子不能贡献的长自旋波寿命。在这里，我们表明，适当优化的金属铁磁（FM）合金的薄膜显示显着的非电子贡献的热传导，这进一步取决于所施加的磁场的方向。这些测量是通过微机械热隔离平台实现的，该平台针对薄膜系统的热导率测量进行了优化。完全相同的样品上的电导率测量允许应用的Wiedemann-Franz关系，这表明大的非电子贡献的钴铁合金与Co的热导率。该组合物已被证明对于金属FM具有特别低的阻尼。在某些温度下，75 nm厚的钴合金薄膜的热导率变化超过，而具有更高阻尼的钴参考样品没有显示出场方向依赖性。我们的测量结果表明，施加的磁场改变这些薄膜中的磁振子的寿命，这些磁振子有助于在这种金属磁性合金与低吉尔伯特阻尼的热导率。
Heat conduction in metals is typically dominated by electron transport since electrons carry both charge and heat. In magnetic metals magnons, or spin waves, excitations of the magnetic order can be used to transport information. Heat conduction via magnons has been previously shown mostly for insulating magnets with low Gilbert damping and resulting long spin-wave lifetimes where conduction electrons cannot contribute. Here we show that thin films of properly optimized metallic ferromagnetic (FM) alloys show significant nonelectronic contributions to heat conduction, which furthermore depend on the direction of an applied magnetic field. These measurements are enabled by micromachined thermal isolation platforms optimized for thermal conductivity measurements of thin-film systems. Electrical conductivity measurements on exactly the same samples allow application of the Wiedemann-Franz relation, which shows large nonelectronic contributions to thermal conductivity for the cobalt-iron alloy withCo. This composition has been shown to have exceptionally low damping for a metallic FM. The thermal conductivity of a 75-nm-thick film of theCo alloy changes by more thanat some temperatures, while a reference sample withcobalt that has much higher damping shows no field-direction dependence. Our measurements indicate that applied magnetic fields alter the magnon lifetimes in these films and that these magnons contribute to thermal conductivity in this metallic magnetic alloy with low Gilbert damping.
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