磁性超格子におけるスピンゼーベック効果と異方性熱電変換

• 研究課題/領域番号: 26600067
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 応用物性
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 内田 健一 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (50633541)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2015年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2014年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: スピントロニクス / スピン流 / スピンゼーベック効果 / 逆スピンホール効果 / 異常ネルンスト効果 / 薄膜 / 磁性体

研究成果の概要

本研究では、スピン流による熱電変換効率を飛躍的に向上させることを目的として、磁性多層膜構造におけるスピンゼーベック効果の熱電特性を評価した。その結果、フェリ磁性絶縁体/常磁性金属多層膜において、スピンゼーベック効果によって誘起される熱起電力が積層数の増加に伴って単調かつ大幅に増大することを見出した。系統的な実験結果と現象論的解析に基づき、熱電変換能を更に増大させるための指針も得た。さらに本研究では、強磁性金属/常磁性金属多層膜において、異常ネルンスト効果が界面密度の増加に伴って単調に増大することも明らかにした。

研究成果

• [国際共同研究] サラゴサ大学(スペイン)
• [雑誌論文] Flexible heat-flow sensing sheets based on the longitudinal spin Seebeck effect using one-dimensional spin-current conducting films (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Kirihara, K. Kondo, M. Ishida, K. Ihara, Y. Iwasaki, H. Someya, A. Matsuba, K. Uchida, E. Saitoh, N. Yamamoto, S. Kohmoto, and T. Murakami,
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1 ページ: 23114-23114
  • DOI: 10.1038/srep23114
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spin-current injection and detection in κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Br (2015)
  • 著者名/発表者名: Z. Qiu, M. Uruichi, D. Hou, K. Uchida, H. M. Yamamoto, and E. Saitoh,
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 5 号: 5 ページ: 057167-057167
  • DOI: 10.1063/1.4922007
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] All-oxide spin Seebeck effects (2015)
  • 著者名/発表者名: Z. Qiu, D. Hou, K. Uchida, and E. Saitoh,
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 8 号: 8 ページ: 083001-083001
  • DOI: 10.7567/apex.8.083001
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Intrinsic surface magnetic anisotropy in Y3Fe5O12 as the origin of low-magnetic-field behavior of the spin Seebeck effect (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida, J. Ohe, T. Kikkawa, S. Daimon, D. Hou, Z. Qiu, E. Saitoh
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 92 号: 1 ページ: 014415-014415
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.014415
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Critical suppression of spin Seebeck effect by magnetic fields (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Kikkawa, K. Uchida, S. Daimon, Z. Qiu, Y. Shiomi, and E. Saitoh,
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 92 号: 6 ページ: 064413-064413
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.064413
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Observation of inverse spin Hall effect in ferromagnetic FePt alloys using spin Seebeck effect (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Seki, K. Uchida, T. Kikkawa, Z. Qiu, E. Saitoh, and K. Takanashi,
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 107 号: 9 ページ: 092401-092401
  • DOI: 10.1063/1.4929691
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enhancement of anomalous Nernst effects in metallic multilayers free from proximity-induced magnetism (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida, T. Kikkawa, T. Seki, T. Oyake, J. Shiomi, Z. Qiu, K. Takanashi, and E. Saitoh,
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 92 号: 9 ページ: 094414-094414
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.094414
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Unconventional scaling and significant enhancement of the spin Seebeck effect in multilayers (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Ramos, T. Kikkawa, M. H. Aguirre, I. Lucas, A. Anadon, T. Oyake, K. Uchida, H. Adachi, J. Shiomi, P. A. Algarabel, L. Morellon, S. Maekawa, E. Saitoh, and M. R. Ibarra
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 92 号: 22 ページ: 220407-220407
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.220407
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Spin Hall magnetoresistance at high temperatures (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida, Z. Qiu, T. Kikkawa, R. Iguchi, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 106 号: 5 ページ: 052405-052405
  • DOI: 10.1063/1.4907546
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enhancement of spin-Seebeck effect by inserting ultra-thin Fe70Cu30 interlayer (2015)
  • 著者名/発表者名: D. Kikuchi, M. Ishida, K. Uchida, Z. Qiu, T. Murakami, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 106 号: 8 ページ: 082401-082401
  • DOI: 10.1063/1.4913531
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Observation of longitudinal spin-Seebeck effect in cobalt-ferrite epitaxial thin films (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Niizeki, T. Kikkawa, K. Uchida, M. Oka, K. Z. Suzuki, H. Yanagihara, E. Kita, E. Saitoh
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 5 号: 5 ページ: 053603-053603
  • DOI: 10.1063/1.4916978
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Evaluation of thermal gradients in longitudinal spin Seebeck effect measurements (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Sola, M. Kuepferling, V. Basso, M. Pasquale, T. Kikkawa, K. Uchida, E. Saitoh
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 117 号: 17
  • DOI: 10.1063/1.4916762
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of the interface condition on spin-Seebeck effects (2015)
  • 著者名/発表者名: Z. Qiu, D. Hou, K. Uchida, E. Saitoh
  • 雑誌名: Journal of Physics D: Applied Physics 巻: 48 号: 16 ページ: 164013-164013
  • DOI: 10.1088/0022-3727/48/16/164013
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Laser micro-processing as a tool for constructing insulator-based magnonic crystal (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Daimon, R. Iguchi, K. Uchida, E. Saitoh
  • 雑誌名: Journal of Physics D: Applied Physics 巻: 48 号: 16 ページ: 164014-164014
  • DOI: 10.1088/0022-3727/48/16/164014
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Longitudinal spin Seebeck effect: from fundamentals to applications (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida, M. Ishida, T. Kikkawa, A. Kirihara, T. Murakami, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Journal of physics: condensed matter 巻: 26 号: 34 ページ: 343202-343202
  • DOI: 10.1088/0953-8984/26/34/343202
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spin current generation from sputtered Y3Fe5O12 films (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Lustikova, Y. Shiomi, Z. Qiu, T. Kikkawa, R. Iguchi, K. Uchida, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 111 号: 15 ページ: 153902-153902
  • DOI: 10.1063/1.4898161
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Quantitative Temperature Dependence of Longitudinal Spin Seebeck Effect in High Temperature Regions (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida, T. Kikkawa, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Physical Review X 巻: 4 号: 4 ページ: 041023-041023
  • DOI: 10.1103/physrevx.4.041023
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Thermo-spin effects in magnetic insulators (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida
  • 学会等名: 603. Wilhelm und Else Heraeus Seminar "Magnonics - Spin Waves Connecting Charges, Spins and Photons"
  • 発表場所: Bad Honnef, Germany
  • 年月日: 2016-01-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] スピン流-熱流相互変換 (2015)
  • 著者名/発表者名: 内田健一
  • 学会等名: 東北大学電気通信研究所共同プロジェク研究S 研究会
  • 発表場所: 仙台市青葉区
  • 年月日: 2015-12-05
  • 招待講演
• [学会発表] Spin Seebeck effect: from fundamentals to applications (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida
  • 学会等名: Workshop on Non-linear spin-heat interactions
  • 発表場所: Columbus, USA
  • 年月日: 2015-09-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spin-current phenomena at high magnetic fields and high temperatures (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida
  • 学会等名: APS March Meeting 2015
  • 発表場所: San Antonio, USA
  • 年月日: 2015-03-05
  • 招待講演
• [学会発表] 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 (2014)
  • 著者名/発表者名: 内田健一
  • 学会等名: 第5回 LC-IMR主催ワークショップ「低炭素社会に向けた科学技術イノベーションの最新動向」
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市青葉区）
  • 年月日: 2014-12-12
  • 招待講演
• [学会発表] スピンゼーベック効果のデバイス応用への展望 (2014)
  • 著者名/発表者名: 内田健一
  • 学会等名: 第128回 金属材料研究所講演会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市青葉区）
  • 年月日: 2014-11-28
  • 招待講演
• [学会発表] 熱流・光によって駆動されるスピンダイナミクスとスピン流生成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 内田健一
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学（愛知県春日井市）
  • 年月日: 2014-09-09
  • 招待講演
• [学会発表] スピンゼーベック効果のデバイス応用への展望 ―熱電変換・センサー応用に向けて― (2014)
  • 著者名/発表者名: 内田健一
  • 学会等名: 日本磁気学会 第197回研究会「高感度磁気センサの研究と製品」
  • 発表場所: 中央大学（東京都千代田区）
  • 年月日: 2014-07-11
  • 招待講演
• [学会発表] Experimental progress on spin Seebeck effect (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida
  • 学会等名: 2nd International Workshop on Spin Mechanics
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市青葉区）
  • 年月日: 2014-06-24
  • 招待講演
• [学会発表] スピンゼーベック効果の発見と磁性絶縁体の熱電変換応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 内田健一
  • 学会等名: 仙台青葉工業クラブ第38回講演同好会
  • 発表場所: エルソーラ仙台（宮城県仙台市青葉区）
  • 年月日: 2014-05-11
  • 招待講演
• [学会発表] スピンゼーベック効果とスピン熱物理の展開 (2014)
  • 著者名/発表者名: 内田健一
  • 学会等名: ALPS, MERIT共催ワークショップ「物理工学の新展開」
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2014-04-04
  • 招待講演
• [備考] http://www-lab.imr.tohoku.ac.jp/~kuchida/