研究課題
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本研究の目的は、スピントロニクスと熱工学の融合研究領域:スピンカロリトロニクスにおいて未発展な、ナノスケール領域および界面におけるスピンを介した“熱エネルギー伝導”を解明し、その原理に基づく新奇熱制御機能を開拓することにある。外場の印加を可能とし、測定温度が可変な光学的熱伝導率計測系を構築し、コンビナトリアル物質設計に基づいたハイスループットな磁性・スピントロニクス材料の熱伝導計測を行うことで、スピンを利用した熱伝導制御研究をスピンカロリトロニクスにおいて主流な電流/スピン流⇔熱流の相互変換現象の物性探索研究に比肩するものへと押し上げる。
本研究では、スピンカロリトロニクスと固体中の熱輸現象:熱伝導の接点を強化し新たな熱制御機能を創出することを目標として、外場・測定温度が可変な唯一無二の熱伝導率計測系の構築を行った。磁性超薄膜の界面制御に着目した物質設計の下で系統的な熱伝導計測を行うことで、以下の成果を得た。(1)スピン流を媒介としたナノスケール熱伝導の室温下制御の実証、(2)横型磁気熱電変換物質のハイスループット探索手法の確立と無磁場熱電変換の実証、(3)Fe/Pt多層膜の金属人工格子化による熱伝導率の低減の観測と横型熱電変換の無次元性能指数の定量評価。
本研究では、スピントロニクス材料の熱伝導率の汎用性の高い計測・評価法を確立し、スピンカロリトロニクスでは未開拓であった磁性/スピンを利用した熱輸送制御機能の創出に先鞭をつけることに成功した。本研究成果を基盤として、電子・フォノン・スピンなど複数の熱キャリアによって媒介される熱伝導の物理描像の総合的な理解の進展や更なる新たな熱伝導制御機能の開拓、それらに最適な物質探索の活性化などに結び付く可能性があり、学術的・社会的意義は極めて大きい。
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すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件)
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