2019 Fiscal Year Annual Research Report
スピンペルチェ効果の現象解明のためのマイクロスケール多物性同時計測手法の構築
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18J23465
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
山崎 匠 名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | スピン流 / スピンペルチェ効果 / 熱電変換 / サーモリフレクタンス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はスピン流による熱流生成現象「スピンペルチェ効果」の生成過程の実験的実証を目的としている．
前年度に構築した高速熱応答計測装置（ロックインサーモリフレクタンス装置）を用いてPt/イットリウム鉄ガーネット（YIG）接合系におけるスピンペルチェ効果の過渡温度応答を取得した．そして，得られた過渡温度応答情報と多層熱伝導モデルのフィッティングにより，発現メカニズムに直結する熱流伝搬長（スピンペルチェ効果の特性長）の同定に成功した．この特性長がYIG中のマグノン拡散長と同程度のスケールであることから，スピンペルチェ効果の起源となり得るバルク熱スピン変換と界面熱スピン変換のうち，バルクの寄与が支配的であることを示唆する結果となった．
また，スピンペルチェ効果と磁性金属中の熱電効果である異常エッチングスハウゼン効果が同時に発現する強磁性金属/フェリ磁性絶縁体接合系を用いた測定を実施した．試料にNi/YIG接合系を用いた場合，2つの効果の周波数特性の違いから，強磁性体を金属層に用いた場合でもスピンペルチェ効果の寄与が支配的であることを見出し，スピンペルチェ効果と異常エッチングスハウゼン効果のハイブリッド化による出力向上の実現性を確認した．さらに，物質・材料研究機構のロックインサーモグラフィを用いたスピンペルチェ効果計測により，Ni/Pt二層膜における電流-スピン流変換効率がPt単層膜よりもはるかに大きいことを明らかにした．以上のように，強磁性金属や金属二層膜の使用により，熱電・熱スピン効果の出力が増大する指針を獲得した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
スピンペルチェ効果の過渡温度応答と多層熱伝導モデルによりスピン流－熱流変換の特性長を導出しており，本研究課題の根幹であるスピンペルチェ効果の生成過程解明に向けた重要な情報を得ることができた．また，当初の計画にはなかった磁性体の熱電・熱スピン効果の出力向上に関する研究も着実に成果を挙げている．よって，当初の計画以上に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
スピンペルチェ効果を含む熱電・熱スピン効果の出力向上に向け，(1)スピンペルチェ効果・異常エッチングスハウゼン効果の材料依存性測定，(2) 強磁性金属/非磁性金属/磁性絶縁体三層構造における膜厚最適化，(3)磁性体中の熱電・熱スピン効果の性能評価，の3項目の実施を予定している．また，得られた成果について，論文発表を推進する．
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