スピン伝導熱電材料における高効率熱エネルギー変換

• Project/Area Number: 24860003
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Applied materials science/Crystal engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 内田 健一 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (50633541)
• Project Period (FY): 2012-08-31 – 2014-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2013: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2012: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: 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

Research Abstract

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。

Current Status of Research Progress

Reason

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Longitudinal Spin-Seebeck Effect free from Proximity Nernst Effect (2013)
  • Author(s): T. Kikkawa
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 110 Issue: 6 Pages: 67207-67207
  • DOI: 10.1103/physrevlett.110.067207
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Heat-induced damping modification in yttrium iron garnet/platinum hetero-structures (2013)
  • Author(s): M.B.Jungfleisch, T.An, K.Ando, Y.Kajiwara, K.Uchida, V.I.Vasyuchka, A.V.Chumak, A.A.Serga, E.Saitoh, and B.Hillebrands
  • Journal Title: Applies Physics Letters Volume: Vol. 102 Issue: 6 Pages: 0624171-4
  • DOI: 10.1063/1.4792701
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermal driven spin and charge currents in thin NiFe2O4/Pt films (2013)
  • Author(s): D. Meier
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 87 Issue: 5 Pages: 54421-54421
  • DOI: 10.1103/physrevb.87.054421
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Theory of the spin Seebeck effect (2013)
  • Author(s): H. Adachi, K. Uchida, E. Saitoh, and S. Maekawa
  • Journal Title: Reports on Progress in Physics Volume: 76 Issue: 3 Pages: 36501-36501
  • DOI: 10.1088/0034-4885/76/3/036501
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Observation of the spin Seebeck effect in epitaxial Fe3O4 thin films (2013)
  • Author(s): R. Ramos, T. Kikkawa, K. Uchida, H. Adachi, I. Lucas, M. Aguirre, P. Algarabel, L. Morellon, S. Maekawa, E. Saitoh, and M. Ibarra
  • Journal Title: Appl. Phys. Lett Volume: 102 Issue: 7 Pages: 72413-72413
  • DOI: 10.1063/1.4793486
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Longitudinal spin Seebeck effect in various garnet ferrites (2013)
  • Author(s): K. Uchida
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 87 Issue: 10 Pages: 104412-104412
  • DOI: 10.1103/physrevb.87.104412
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 熱を利用した環境にやさしいスピンデバイス
  • Author(s): 内田健一
  • Organizer: 2012年秋季 第73回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 愛媛大学・松山大学
  • Invited
• [Presentation] Spin Seebeck effect
  • Author(s): Ken-ichi Uchida
  • Organizer: 520. Wilhelm und Else Heraeus Seminar "Spin-orbit-driven transverse transport phenomena"
  • Place of Presentation: Bad Honnef, Germany
  • Invited
• [Presentation] スピン揺動絶縁体におけるスピンゼーベック効果と熱電変換
  • Author(s): 内田健一
  • Organizer: 低炭素社会基盤材料融合研究センター 第3回ワークショップ 「低炭素社会実現に向けた材料科学」
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Invited
• [Presentation] Thermoelectric generation based on spin Seebeck effect
  • Author(s): Ken-ichi Uchida
  • Organizer: 12th Joint MMM/Intermag Conference
  • Place of Presentation: Chicago, USA
  • Invited
• [Presentation] Acoustic spin pumping: Direct generation of spin currents from sound waves in Pt/Y3Fe5O12 hybrid structures
  • Author(s): Ken-ichi Uchida
  • Organizer: 8th ASRC International Workshop on Spin Mechanics
  • Place of Presentation: Tokai, Japan
  • Invited