Long-range spin Seebeck effect and acoustic spin pumping

スピンゼーベック効果の長距離性と音響スピンポンピング

内田 健一*; 安立 裕人; 安 東秀*; 太田 岳*; 戸田 雅也*; Hillebrands, B.*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Uchida, Kenichi*; Adachi, Hiroto; An, Toshu*; Ota, Takeru*; Toda, Masaya*; Hillebrands, B.*; Maekawa, Sadamichi; Saito, Eiji

絶縁体サファイア基盤上においたニッケル鉄合金と白金の細線を用いることで、この孤立した細線中の電子がわれわれの直感に反してサファイア基盤上の位置を認識できることを示す。サファイア基盤に温度勾配を加えることで、白金細線が電気的にも磁気的にも孤立しているのにもかかわらず、この白金に誘起される電圧信号がサファイア基盤上の位置を反映している。この非局所的な電圧信号は、スピンがこの系の唯一の情報キャリアであるフォノンと相互作用することによって生じる。われわれは、このスピンとフォノンの相互作用の存在を、直接音響フォノンを注入することで得られる音響スピンポンピングを実現することで明らかとする。この発見は、スピンゼーベック効果の長距離性に対する答えを提供するとともに、音波を用いたスピントロニクスである音響スピントロニクスへの扉を開くことにも繋がる。

We show that, using a NiFe/Pt bilayer wire on an insulating sapphire plate, electrons in the wire recognize their position on the sapphire. Under a temperature gradient in the sapphire, surprisingly, the voltage generated in the Pt layer is shown to reflect the wire position, although the wire is isolated both electrically and magnetically. This non-local voltage due to the coupling of spins and phonons: the only possible carrier of information in this system. We demonstrate this coupling by directly injecting sound waves, which realizes the acoustic spin pumping. Our finding provides a persuasive answer to the long-range nature of the spin Seebeck effect, and it opens the door to "acoustic spintronics" in which sound waves are exploited for constructing spin-based devices.