Thomson effect in spin caloritronics

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02585
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 29010:Applied physical properties-related
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: UCHIDA Ken-ichi 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, グループリーダー (50633541)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 関 剛斎 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (40579611) ; 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)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: スピンカロリトロニクス / トムソン効果 / 磁気熱電効果 / ロックインサーモグラフィ / 熱制御 / 磁性材料 / スピン流

Outline of Final Research Achievements

The Thomson effect is one of the fundamental thermoelectric conversion phenomena in metals and semiconductors, along with the Seebeck and Peltier effects. In this study, we investigated thermoelectric conversion phenomena and functionalities based on the interaction between magnetic fields/magnetism (or spins) and the Thomson effect, and obtained the following results that bring a new development in "spin caloritronics," a fusion area of thermoelectrics and spintronics: (1) first direct observation of the magneto-Thomson effect, (2) direct observation of the giant Thomson effect induced by ferromagnetic/antiferromagnetic phase transition and demonstration of Thomson-effect-induced cooling, (3) evaluation of the temperature dependence of the magneto-thermoelectric and thermo-spin effects in the high temperature region, and (4) formulation of the coefficient of performance for the Thomson device.

Free Research Field

スピントロニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究ではトムソン効果の汎用性の高い計測・評価法を確立し、磁気トムソン効果など未開拓であった熱電変換現象の観測に成功すると共に、その機能性を世界に先駆けて明らかにした。本研究成果を基盤として、更なる新現象の発見・解明や熱電物質開拓の活発化、そしてトムソン効果を利用した新規熱マネジメント技術の創出に繋がる可能性があるため、その学術的意義は極めて大きい。