《溫度場分布對Spin-Seebeck效應的影響》是依託武漢理工大學，由孫志剛擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：溫度場分布對Spin-Seebeck效應的影響
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：孫志剛
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
自旋流的產生、探測、及操控是自旋電子學發展中的關鍵技術。Spin－Seebeck效應由於可以通過溫度梯度產生無電荷電流的單純自旋流而引起人們的關注。在Spin-Seebeck效應的研究中，僅僅局限於一維均勻、穩恆的溫度梯度分布的研究遠遠滿足不了該方向科學理論發展需求和器件化的實際要求。因此，對溫度場分布研究關係到Spin-Seebeck效應器件的器件熱電性能、回響時間、能量損耗、尺度效應、界面效應和機制等重要關鍵科學問題。本項目從原型器件出發，通過建立Spin-Seebeck效應器件的物理模型和溫度場的數學模型，利用有限元等數值方法模擬器件中溫度場分布及其變化規律，並對溫度場模擬結果進行理論分析, 在該基礎上，考慮自旋輸運的Valet-Fert模型，推導出自旋電勢與溫度梯度變化規律，揭示影響Spin-Seebeck效應的關鍵因素,為製備高效能的Spin-Seebeck效應器件提供理論依據。
結題摘要
本項目從原型器件出發，通過建立Spin-Seebeck效應器件的物理模型和溫度場的數學模型，利用有限元等數值方法模擬器件中溫度場分布及其變化規律，並對溫度場模擬結果進行理論分析, 在此基礎上，研究自旋電勢與溫度梯度變化規律，揭示影響Spin-Seebeck效應的關鍵因素,為製備高效能的Spin-Seebeck效應器件提供理論依據。 項目總體按上述計畫進行。為了達到上述研究目的，我們建立了自旋塞貝克效應測量裝置，同時製備了原型器件，並在不同磁場、溫度梯度下進行了測試研究。我們提出了器件溫度場分布的理論模型並進行了模擬計算。我們發現不同的熱源放置方式能大大影響樣品溫度場分布情況。特別地，分析比較了熱源單面接觸方式和熱源雙面接觸方式的不同。在研究過程中，我們發現自旋塞貝克效應受到短路效應、複雜熱磁效應以及Pt的磁近鄰效應的嚴重影響，於是我們開展了短路效應的理論模擬研究，我們從理論上分析了短路效應對Pt/Py結構中自旋塞貝克效應實驗結果的影響。通過理論模擬和實驗設計，排除了短路效應和複雜熱磁效應的影響，得到了真實的自旋塞貝克效應，並反推出鐵磁材料中的自旋擴散長度，為自旋擴散長度的測量提供了一種新的思路。另外我們研究了Pt/YIG（Pt/Y3Fe5O12）系統中電流加熱誘導的自旋塞貝克效應與自旋霍爾磁電阻共存問題。利用逆自旋霍爾電壓和自旋霍爾磁電阻效應對電流奇偶依賴關係不同，成功分離了逆自旋霍爾電壓和自旋霍爾磁電阻。研究了自旋塞貝克效應和自旋霍爾磁電阻與磁場和電流夾角θ的關係。研究表明自旋塞貝克效應是關於角度θ的cos關係，而自旋霍爾磁電阻是關於角度θ的sin2θ關係。自旋塞貝克效應實驗，由於熱流不易控制，鐵磁導體處在溫度梯度中會導致多種磁、熱、電效應，以及Pt本身的逆自旋霍爾效應信號會受到鐵磁導體的短路，這兩類構成了鐵磁導體中自旋塞貝克效應測量的關鍵影響因素。進一步的，作為檢測自旋電壓的材料Pt薄膜磁近鄰效應帶入的磁化問題也給自旋塞貝克效應的研究帶來了重重困難。這些複雜因素導致課題的執行過程中遇到一定的難度。項目執行期間，已在Applied Physics Letters發表論文一篇，另外有兩篇正在投稿中。其餘工作將陸續總結投稿。參加學術會議11人次，在全國會議做邀請報告3人次。培養碩士研究生兩人，畢業一人。
