2019 Fiscal Year Annual Research Report
Time-and-space-resolved investigation of the spin Peltier effect
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18K14116
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
井口 亮 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, 主任研究員 (40707717)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | スピンペルチェ効果 / スピン流 / サーモリフレクタンス / スピンカロリトロニクス / 熱電効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、伝導体/磁性体接合でスピン注入に伴って温度変化を生じるスピンペルチェ効果について、時空間データを最大限に活用した高感度・高空間分解測定を実現し、その発現機構や熱物性を調べることにある。スピンペルチェ効果による温度変化は、接合界面に沿った方向では局在した特異な分布を示すが、接合界面に垂直な方向に関しては従来の研究では何ら情報が得られてこなかった。そこで本研究では、反射率変化に基づく温度測定技術であるサーモリフレクタンス法をスピンペルチェ効果測定に取り入れ、スピン流がその伝播方向で示す熱物性を明らかにすることを目指した。
実験的には、スピンペルチェ効果を駆動するための電流(及びスピン流)を周期的に変化させ、これに追従する温度変化の計測をサーモリフレクタンス法を用いて試みた。DC近傍から1MHzを超える広帯域での過渡応答測定を実現し、高周波領域、すなわち短時間での駆動では、スピンペルチェ効果の温度振幅が減衰することがわかった。対象実験として、薄膜における異常エッチングスハウゼン効果による温度変調の振幅を調べたが、こちらは予想通り周波数に依存せず、測定の妥当性とスピンペルチェ効果により生成される熱源の特異性が明らかになった。さらに得られた周波数特性をスピンおよび熱輸送の観点から解析を行い、減衰がスピン流により生成される熱流の長さスケールにより説明できることを示した。具体的には、接合界面に垂直な方向に熱流が伝搬しており、界面のみでの熱応答ではないことがわかった。本成果は、スピン流が生成する熱流の空間スケールを初めて明らかにできており、Physical Review B誌のRapid Communicationにて出版され、Editors' suggestionにも選ばれた。本情報を基にすることで係数の定量評価が可能になり、物理や物質探索をより正確に実行できる。
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