鐵磁金屬鑭鍶錳氧薄膜中發現縱向自旋賽貝克效應

Observation of Longitudinal Spin Seebeck Effect in Ferromagnetic Metal La0.7Sr0.3MnO3

吳柏威(Bo-Wei Wu)

指導教授 ： 黃斯衍

國立臺灣大學/理學院/物理學研究所/碩士(2016年)

https://doi.org/10.6342/NTU201601319

摘要

近年來，因為自旋流可降低能量損耗，所以如何產生純自旋流這個議題已吸引多數人關注。縱向自旋賽貝克效應是激發自旋流的其中一種方式，其利用溫度梯度產生自旋流。然而多數縱向自旋賽貝克相關研究主要是探討鐵磁性絕緣體，只有少數是研究磁性金屬。少了利用自旋賽貝克效應在磁性金屬裡激發自旋流這區塊將大大限制未來在自旋電子零件的發展。
在本實驗，我們有系統的研究鐵磁金屬激發自旋流這部分，藉由反自旋霍爾效應，自旋流可經由上層具有強自旋耦合的金屬轉換成一般電流來偵測。我們明確在高自旋極化鐵磁金屬鑭鍶錳氧中首次觀測到縱向的自旋賽貝克效應。在一般金屬/鐵磁金屬雙層薄膜中，被垂直溫度梯度激發的自旋熱電壓包含兩個效應：異常能斯特效應、縱向自旋賽貝克效應。在我們研究中發現鑭鍶錳氧的異常能斯特效應的量值比縱向自旋賽貝克效應還小一位數以上。縱向自旋賽貝克效應的訊號方向與大小可藉由不同的自旋旋霍爾角度材料來控制，將負的自旋霍爾角度之材料當作自旋流偵測器後，我們成功將訊號反向，顯示出訊號源自於自旋電流。此外從自旋熱訊號與溫度相關的資料上，我們得知在鑭鍶錳氧中縱向的自旋賽貝克產生的機制可由磁子自旋流解釋。
在研究其他鐵磁金屬後，我們發現縱向自旋效應可能也存於鈷鐵硼中，而鎳鐵合金卻只有異常能斯特效應，雖縱向自旋賽貝克效應可能存在於鈷鐵硼中，但在鎳鐵合金中卻是可忽略不計。經過比較後我們得知鑭鍶錳氧中，縱向自旋賽貝克效應占總訊號的比例是在鐵磁金屬裡的最大的。最後我們的結果也在自旋電子學中立下重要里程碑—鐵磁金屬裡能激發熱自旋流。

關鍵字

自旋電子學 ； 熱自旋傳輸現象 ； 縱向自旋賽貝效應 ； 鑭鍶錳氧 ； 異常能斯特效應

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無資料

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spintronics ； thermal spin transport ； spin Seebeck effect ； La0.7Sr0.3MnO3 ； anomalous Nernst effect

參考文獻

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