高速熱特性計測による磁性金属中の熱・スピン輸送機構の解明

通过高速热性能测量阐明磁性金属中的热和自旋输运机制

• 批准号: 21K20392
• 负责人: 山崎 匠
• 金额: $ 2万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-08-30 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K20392/
• 关键词: スピンカロリトロニクス; 熱スピン効果; スピントロニクス; サーモリフレクタンス; 反強磁性体; 強磁性金属薄膜

本研究は，磁性金属中の複数のキャリアの熱・スピン輸送機構を明らかにし，金属接合系に生じるスピンカロリトロニクス現象である熱スピン効果（熱流とスピン流の変換効果）や巨大磁気熱抵抗効果（磁性体の磁化配置の変化に伴う熱抵抗の変調効果）の性能向上に向けた材料設計指針を得ることを最終目的としている．スピン流生成層（Pt）/磁性絶縁層（NiO）/磁性金属層からなる三層構造において，熱スピン効果に伴う熱応答の過渡情報から磁性金属中の伝導電子とマグノンの特性長を同定し，磁性金属材料の電子状態と特性長の相関を系統的に評価することで，性能向上の指針を得ることを目指した．今年度は，反強磁性絶縁体NiOのエピタキシャル薄膜の作製・寄生信号となる磁気熱電効果の影響を排除した熱スピン効果測定・NiOのスピン輸送特性評価の3点について研究を進めた．MgO(111)基板上にPt薄膜およびNiO薄膜を成膜し，反射高速電子線回折法とX線回折によりこれらの薄膜がエピタキシャル成長していることを確認した．そして，反射光強度測定に基づく測温法（ロックインサーモリフレクタンス法）を用い，Pt/NiO/CoFeB三層系において磁気熱電効果の寄与を排除した熱スピン効果の測定に成功した．さらに熱スピン効果のNiO膜厚依存性測定より，特性長同定に向けた最適なNiO膜厚の決定およびNiOのスピン透過長の評価を行った．本成果により金属接合系におけるスピンカロリトロニクス現象の詳細を理解するための基盤を築くことができた．

In this study, complex numbers キャリア in magnetic metals キャリア heat · スピ <s:1> transport mechanism を Ming ら に に Metal joint is born に じ る ス ピ ン カ ロ リ ト ロ ニ ク ス phenomenon で あ る hot ス ピ ン unseen fruit (heat flow と ス ピ ン flow の - in sharper fruit) や huge magnetic 気 thermal resistance unseen fruit (magnetization of the magnetic body の configuration の variations change に with thermal resistance う の unseen fruit -) upward に の properties け design pointer を た materials る こ と を final purpose と し て い る. ス ピ ン flow generated (Pt)/magnetic never try layer (NiO)/magnetic metal layer か ら な る three layers structure に お い て, hot ス ピ ン unseen fruit に with う hot 応 answer の transition intelligence か ら magnetic metal の 伝 guide electronic と マ グ ノ ン の features with long を し, magnetic metal material の electronic state characteristic long の と masato に を system evaluation 価 す る こ と で, Performance goes up the <s:1> pointer を to る とを とを とを and the eye finger to た た. Our は ", the strong magnetic try body NiO の エ ピ タ キ シ ャ ル film の cropping, parasitic signal と な る magnetic 気 thermoelectric unseen fruit の influence を exclude し た hot ス ピ ン sharper determination of fruit, NiO の ス ピ ン conveying characteristics evaluation 価 の 3 に つ い を て research into め た. MgO style (111) substrate に Pt film お よ び NiO を into film し, reflecting the electronic line back to Mr. と X-ray inflexion に よ り こ れ ら の film が エ ピ タ キ シ ャ ル growth し て い る こ と を confirm し た. そ し て, reflected light intensity measurement に づ く thermometry (ロ ッ ク イ ン サ ー モ リ フ レ ク タ ン ス method) を い, Pt/NiO/CoFeB three series に お い て magnetic 気 thermoelectric unseen fruit の send を exclude し た hot ス ピ ン sharper determination of fruit の に successful し た. さ ら に hot ス ピ ン unseen fruit の NiO determination of film thickness dependence よ り, features long with the fixed に け た optimum な NiO film thickness の decided お よ び NiO の ス ピ ン through long の review 価 を line っ た. This achievement に よ り metal joint department に お け る ス ピ ン カ ロ リ ト ロ ニ ク ス phenomenon の を detailed understanding す る た め の base plate を built く こ と が で き た.

项目成果

Optical thermometry for investigating spin-caloritronic phenomena

用于研究自旋热电子现象的光学测温法

• 发表时间: 2022
• 作者: Takumi Yamazaki;Takeshi Seki;Takahide Kubota;Koki Takanashi;Takumi Yamazaki
• 通讯作者: Takumi Yamazaki

Thermo-spin effects through antiferromagnetic insulator NiO detected by lock-in thermoreflectance

通过锁定热反射检测反铁磁绝缘体 NiO 的热自旋效应

• 发表时间: 2022
• 作者: Takumi Yamazaki;Takeshi Seki;Takahide Kubota;Koki Takanashi
• 通讯作者: Koki Takanashi

Thermo-spin effects through antiferromagnetic NiO detected by lock-in thermoreflectance

锁定热反射检测反铁磁 NiO 的热自旋效应

• 发表时间: 2022
• 作者: Takumi Yamazaki;Takeshi Seki;Takahide Kubota;Koki Takanashi
• 通讯作者: Koki Takanashi

Thermoreflectance detection of thermo-spin effects through antiferromagnetic NiO

通过反铁磁 NiO 热反射检测热自旋效应

• 发表时间: 2022
• 作者: Takumi Yamazaki;Takeshi Seki;Takahide Kubota;Koki Takanashi
• 通讯作者: Koki Takanashi