スピン伝導熱電材料における高効率熱エネルギー変換

自旋传导热电材料的高效热能转换

• 批准号: 24860003
• 负责人: 内田 健一
• 金额: $ 2.5万
• 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: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012-08-31 至 2014-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-24860003/
• 关键词: スピンゼーベック効果; スピン流; スピントロニクス; スピンホール効果

本研究は、熱流によるスピン圧生成現象「スピンゼーベック効果」を利用することで高効率なスピン流生成を実現し、従来とは全く異なる原理によって駆動されるスピンデバイス・熱電変換素子の創出を目指すものである。今年度は、磁性絶縁体/金属複合構造におけるスピンゼーベック効果について詳細に研究し、以下の成果を得た。（１）Au/YIG二層構造およびPt/Cu/YIG三層構造におけるスピンゼーベック効果の観測に成功し、スピンゼーベック効果による熱起電力は（界面磁気近接効果に由来する）異常ネルンスト効果が存在しない系においても発現することを示した。さらに、スピンゼーベック効果と異常ネルンスト効果の寄与を明確に分離する実験手法を提案し、Pt/YIG構造においても異常ネルンスト効果による外因的信号の重畳は無視できるほど小さく、スピンゼーベック効果が支配的な寄与を与えていることを実証した。（２）温度勾配下のYIG/Pt複合構造に生成された熱スピン流によってYIGの磁気緩和が変調されることを明らかにした。（３）フェリ磁性絶縁体であるNiFe2O4薄膜におけるスピンゼーベック効果の観測に成功した。（４）金属-絶縁体転移を示すFe3O4薄膜におけるスピンゼーベック効果の測定を行い、金属相および絶縁体相において熱スピン流信号を観測した。（５）ガーネット型フェリ磁性絶縁体におけるスピンゼーベック効果の物質依存性を詳細に調べ、スピンゼーベック効果によって生成された熱起電力は磁性ガーネット中の鉄元素濃度、キュリー温度、飽和磁化に対して正の相関を持つことを明らかにした。

This study aims to explore the utilization of heat flow generation phenomenon "heat transfer effect", and to explore the possibility of high efficiency heat flow generation, heat transfer effect and thermoelectric conversion effect. This year, the magnetic insulator/metal composite structure was studied in detail, and the following results were obtained. (1) Au/YIG two-layer structure and Pt/Cu/YIG three-layer structure are successfully tested, and the thermal excitation force (the origin of the interface magnetic proximity effect) is abnormal. In this paper, we propose a method to separate the abnormal occurrence effect from the abnormal occurrence effect. The Pt/YIG structure is composed of Pt/YIG structure, Pt/YIG structure. (2) YIG/Pt composite structure under temperature matching generates heat flux and magnetic field relaxation. (3) NiFe2O4 thin films were successfully tested for magnetic insulators. (4) Metal-insulator phase transition shows Fe3O4 thin film phase transition. (5) The substance dependence of the magnetic insulator of the thermal type, the iron concentration, the temperature and the saturation magnetization of the magnetic insulator of the thermal type are carefully adjusted.

项目成果

Acoustic spin pumping: Direct generation of spin currents from sound waves in Pt/Y3Fe5O12 hybrid structures

声自旋泵浦：Pt/Y3Fe5O12 混合结构中的声波直接产生自旋电流

• 作者: Osamu TAKAKUWA;Kouhei YAMAMIYA and Hitoshi SOYAMA;Ken-ichi Uchida;Osamu TAKAKUWA and Hitoshi SOYAMA;内田健一;高桑脩，祖山均;Ken-ichi Uchida;Naoki Nozawa;眞野優太，高桑脩，祖山均;Ken-ichi Uchida
• 通讯作者: Ken-ichi Uchida

Spin Seebeck effect

• DOI: 10.1093/acprof:oso/9780199600380.003.0018
• 发表时间: 2012-07
• 作者: E. Saitoh;K. Uchida

Observation of the spin Seebeck effect in epitaxial Fe3O4 thin films

• DOI: 10.1063/1.4793486
• 发表时间: 2013-02-18
• 期刊: APPLIED PHYSICS LETTERS
• 影响因子: 4
• 作者: Ramos, R.;Kikkawa, T.;Ibarra, M. R.
• 通讯作者: Ibarra, M. R.

Longitudinal spin Seebeck effect in various garnet ferrites

• DOI: 10.1103/physrevb.87.104412
• 发表时间: 2013-03
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: K. Uchida;T. Nonaka;T. Kikkawa;Y. Kajiwara;E. Saitoh

熱を利用した環境にやさしいスピンデバイス

利用热量的环保旋转装置

• 作者: R. Ramos;T. Kikkawa;K. Uchida;H. Adachi;I. Lucas;M. Aguirre;P. Algarabel;L. Morellon;S. Maekawa;E. Saitoh;and M. Ibarra;K. Uchida;内田健一
• 通讯作者: 内田健一