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Spin Seebeck insulator

スピンゼーベック絶縁体

内田 健一*; Xiao, J.*; 安立 裕人; 大江 純一郎; 高橋 三郎; 家田 淳一  ; 太田 岳*; 梶原 瑛祐*; 梅沢 浩光*; 河合 浩孝*; Bauer, G.*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Uchida, Kenichi*; Xiao, J.*; Adachi, Hiroto; Oe, Junichiro; Takahashi, Saburo; Ieda, Junichi; Ota, Takeru*; Kajiwara, Yosuke*; Umezawa, Hiromitsu*; Kawai, Hirotaka*; Bauer, G.*; Maekawa, Sadamichi; Saito, Eiji

ゼーベック効果に代表される熱電発電は、次世代の省エネルギー技術には不可欠の機能である。これまでこの機能の発現には伝導電子の存在が必要であると思われてきたが、伝導電子の存在は熱デバイスの設計にとって不利であることが多いため、結果として伝導電子の存在が熱電発電の応用範囲を限定する原因となっていた。今回、われわれは絶縁体中を流れる熱流から電圧を生成することに成功したので、それを報告する。われわれが明らかにしたのは、磁性絶縁体LaY$$_{2}$$ Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$が伝導電子を持たないのにもかかわらず、熱流をスピン圧に変換できるという事実である。このスピン圧は、LaY$$_{2}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$に貼付けられたPt薄膜中で生じる逆スピンホール効果を用いることで電圧に変換することができるため、熱流から電圧を生成することが可能となる。今回の実験結果を理解するためには、LaY$$_{2}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$とPtとの界面に働く、熱によるスピン交換相互作用を考える必要がある。われわれの発見は熱電変換素子となりうる物質の可能性を拡げ、そしてまたスピンゼーベック効果の背後に潜む物理を理解するための極めて重要な情報を与えた。

Thermoelectric generation is an essential function in future energy-saving technologies. However, it has so far been an exclusive feature of electric conductors, a situation which limits its application; conduction electrons are often problematic in the thermal design of devices. Here we report electric voltage generation from heat flowing in an insulator. We reveal that, despite the absence of conduction electrons, the magnetic insulator LaY$$_{2}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$ can convert a heat flow into a spin voltage. Attached Pt films can then transform this spin voltage into an electric voltage as a result of the inverse spin Hall effect. The experimental result require us to introduce a thermally activated interface spin exchange between LaY$$_{2}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$ and Pt. Our findings extend the range of potential materials for thermoelectric applications and provide a crucial piece of information for understanding the physics of the spin Seebeck effect.

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分野:Chemistry, Physical

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