中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
磁性材料是構成現代工業(yè)的重要基礎性材料，在永磁電機、磁制冷、磁傳感、信息存儲、熱電器件等領(lǐng)域扮演著(zhù)重要角色。在自旋電子學(xué)前沿領(lǐng)域，利用磁性材料中的磁矩引入額外對稱(chēng)性破缺效應是研究熱點(diǎn)。
近日，中國科學(xué)院半導體研究所半導體超晶格國家重點(diǎn)實(shí)驗室的朱禮軍團隊在單晶CoFe (001)薄膜器件中觀(guān)測到各向異性的平面能斯特效應（Planar Nernst Effect），其強度隨 (001) 晶面的晶格方向強烈變化并呈現面內雙軸各向異性（圖1）。當磁矩在外磁場(chǎng)驅動(dòng)下在薄膜材料平面內旋轉時(shí)，電流產(chǎn)生的溫度梯度導致的平面能斯特電壓表現為一個(gè)sin2φ依賴(lài)的二次諧波橫向電壓信號（φ為磁矩相對電流的夾角）。這種各向異性平面能斯特效應被認為主要起源于內稟的能帶交疊效應，可能對諧波霍爾電壓、自旋扭矩鐵磁共振、自旋塞貝克等自旋電子學(xué)實(shí)驗的分析產(chǎn)生重要影響（圖2），有望應用于能量收集電池和溫度傳感器等。然而，這種平面能斯特效應的各項異性并未導致任何極化方向的非平衡自旋流（Spin Current）或自旋軌道矩（Spin-Orbit Torque）的產(chǎn)生。
相關(guān)研究成果以Absence of Spin-Orbit Torque and Discovery of Anisotropic Planar Nernst Effect in CoFe Single Crystal為題，發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》（Advanced Science）上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金委面上項目和中國科學(xué)院戰略性先導科技專(zhuān)項的支持。
圖1. （a）雙十字霍爾器件中的平面能斯特效應；（b）CoFe (001)平面能斯特電壓的各向異性。
圖2. 各向異性平面能斯特效應對（a）諧波霍爾電壓、（b）自旋塞貝克、（c）自旋扭矩-鐵磁共振等自旋電子實(shí)驗的廣泛影響及其在（d）熱電器件方面的應用案例。
