スピン伝導熱電材料における高効率熱エネルギー変換

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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。