Creation of spin-caloritronic Heusler alloys and their hybrid structures

自旋热电子赫斯勒合金及其混合结构的创建

• 批准号: 21F21064
• 负责人: 内田 健一
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-09-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21F21064/
• 关键词: スピンカロリトロニクス; 磁気熱電効果; 異常ネルンスト効果; 異常エッチングスハウゼン効果; ロックインサーモグラフィ法; 磁性薄膜; アモルファス; スピンペルチェ効果; スピン流; 熱制御

本研究では、スピン流-熱流-電流相互変換特性が最適化された「スピンカロリトロニック・ホイスラー合金」とそのハイブリッド構造の開発を進めた。2022年度は以下に示す主な成果に加えて、本研究で培った薄膜作製技術を駆使して多くの共同研究に貢献した。(1) 無磁場下で横型熱電変換が発現するSmCoFe系アモルファス磁性薄膜を開発した（Science and Technology of Advanced Materials誌に論文掲載）。この薄膜は、様々な基板上に成膜でき、非常に大きな残留磁化・保磁力を示す。コンビナトリアル薄膜作製技術を用いて連続的に組成を変化させ、SmCoFe系アモルファス磁性薄膜の異常ネルンスト係数を最適化した。(2) SmCo系アモルファス磁性薄膜に関する系統的な実験を進め、同様の特性を示す薄膜をコスパッタリングでも作製可能であることを見出した（Applied Physics Express誌に論文掲載）。(3) (1)で開発した薄膜を用いて、放射冷却と太陽光加熱によって駆動される単一材料ベースの異常ネルンストサーモパイルを開発し、その動作を実証した（Applied Physics Express誌に論文掲載）。(4) コンビナトリアル薄膜作製技術とロックインサーモグラフィ技術に基づくハイスループット材料探索法を用いて、大きな異常ネルンスト・エッチングスハウゼン係数を示すホイスラー合金の探索を進めると共に、(1)で開発した薄膜とホイスラー合金薄膜のハイブリッド構造における磁気熱電変換特性を調べた（進行中）。

In this study, the flow-heat-current interaction characteristics were optimized and the development of the structure was improved. In 2022, the following main achievements were added, and many joint research contributions were made to the development of thin film manufacturing technology in this study. (1)SmCoFe-based magnetic thin films were developed that can realize transverse thermoelectric conversion without magnetic field (published in the journal Science and Technology of Advanced Materials). The film is formed on the substrate, and the residual magnetization and magnetic force are very large. The composition of SmCoFe thin film was changed by using the technology of making SmCoFe thin film. The abnormal coefficient of SmCoFe thin film was optimized. (2)SmCo system magnetic thin film related to the system of progress, the same characteristics of the film to the system of preparation possible (Applied Physics Express paper) (3)(1) The development and operation of a thin film using radiation cooling and solar heating are demonstrated in the paper of Applied Physics Express. (4)(1) To develop thin films and alloy thin films and to adjust magneto-thermoelectric conversion characteristics (in progress).

项目成果

Large Antisymmetric Interlayer Exchange Coupling Enabling Perpendicular Magnetization Switching by an In-Plane Magnetic Field

• DOI: 10.1103/physrevapplied.17.054036
• 发表时间: 2022-05
• 期刊: Physical Review Applied
• 影响因子: 4.6
• 作者: Hiroto Masuda;T. Seki;Y. Yamane;R. Modak;Kenji Uchida;J. Ieda;Y. Lau;S. Fukami;K. Takanashi-K.-Takanas

Phase-transition-induced giant Thomson effect for thermoelectric cooling

• DOI: 10.1063/5.0077497
• 发表时间: 2022-03-01
• 期刊: APPLIED PHYSICS REVIEWS
• 影响因子: 15
• 作者: Modak, Rajkumar;Murata, Masayuki;Uchida, Ken-ichi
• 通讯作者: Uchida, Ken-ichi

中国科学技術大学(中国)

中国科学技术大学（中国）

Thickness dependence of anomalous Hall and Nernst effects in Ni-Fe thin films

• DOI: 10.1103/physrevb.105.214416
• 发表时间: 2022-06
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Takumi Yamazaki;T. Seki;R. Modak;Keita Nakagawara;T. Hirai;K. Ito;K. Uchida;K. Takanashi

Single-material-based anomalous Nernst thermopile driven by solar heating and radiative cooling

由太阳能加热和辐射冷却驱动的基于单一材料的反常能斯特热电堆

• DOI: 10.35848/1882-0786/ac8637
• 发表时间: 2022
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: Chiba Naoki;Ishii Satoshi;Modak Rajkumar;Uchida Ken-ichi
• 通讯作者: Uchida Ken-ichi