| 研究課題/領域番号 |
22J21520
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
仲川 久礼亜 東京大学, 総合文化研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-22 – 2025-03-31
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| キーワード | スピンカロリトロニクス / スピントロニクス / 反強磁性 / 磁気相転移 |
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| 研究実績の概要 |
電荷・スピン・熱流が結合する物理現象及びそれらの制御を対象とするスピンカロリトロニクス分野において、電流から発熱・吸熱を生じるペルチェ現象は中核的な現象の一つである。
本年度においては、反強磁性/強磁性間の一次磁気相転移を示す遷移金属化合物 (Mn, Cr)2Sbの単結晶バルク試料において、磁気相接合構造を利用した単一物質ペルチェ効果の観測に成功した。
具体的な実験方法と成果は以下の通りである。チップヒーターを用い、単結晶試料にパルス加熱を局所的に印加することよって、部分的な相転移を誘起し、反強磁性/強磁性の磁気相が単一物質中で接合する構造を作製した。更に、作製した磁気相接合構造に電流を印加することによって、世界で初めて磁気相接合界面におけるペルチェ効果の観測に成功した。これらの観測結果は、FreeFEMを用いた有限要素法解析により、確かに磁気秩序相接合部分でのペルチェ効果に由来していると確認された。また、本研究において観測された単一物質ペルチェ効果は、申請者が以前に明らかにした本物質における磁気相転移に伴う熱電特性の変化と整合的な結果を与えていることが確認された。以上の結果は、国際学会LT29にて発表され、Scientific Reports誌から出版された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初の計画においては、本年度は試料の作製と評価を行い、単一物質ペルチェ効果の測定は来年度以降の実施を予定していた。実際には本年度において、チップヒーターを用いた局所パルス加熱の方法により、(Mn, Cr)2Sb単結晶試料内に磁気相接合構造を作成し、磁気相接合界面での単一物質ペルチェ効果の観測に成功した。単一物質中におけるペルチェ効果についてはいくつか先例があるものの、磁気相接合構造に起因する単一物質ペルチェ効果を報告した例は本研究が初めてである。本効果は磁気相の制御により素子構造を変化させられるという可変性の高さを特長とし、電場によるスピントロニクス機能の制御の実現に重要な役割を果たしうると考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度は、磁気相接合構造に起因する単一物質ペルチェ効果の観測に成功し、当初の計画以上の成果を得ることができた。そこで今後は本物質における電場によるスピントロニクス機能の制御を目指すとともに、対象物質を拡大し、他の磁性物質におけるスピントロニクス機能の探索にも取り組む。具体的には、スピンカロリトロニクス研究における指針の一つである素子の小型化に貢献しうる対象として、金属表面状態や低次元物質に着目し、それらのスピントロニクス機能探索を行う。
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