Spin caloritronics

スピン熱工学技術

Bauer, G. E. W.*; 齊藤 英治; Van Wees, B. J.*

Bauer, G. E. W.*; Saito, Eiji; Van Wees, B. J.*

スピントロニクスは固体構造やデバイス中での結合した電子スピンと電荷移動を扱うものである。近年は新たに発見された物理効果によるスピン熱工学技術が、これはスピンと熱流の相互作用に着目するものであるが、既存の熱電子デバイスを改良するものとして大きな注目を集めている。この論文では磁性薄膜やナノ構造体中でのスピン、電荷及び熱流の相互作用に関する最先端の実験と物理について概観を行う。ここで見られる現象は次の二つに分類される。一つは物質中の単独の電子効果によるもの(例えばスピン依存Seebeck効果など)で、これは異なる熱電特性を持つ2つの平行なスピン移送チャンネルモデルで理解できる。もう一つはスピン波によって誘起される集団効果(スピンSeebeck効果など)で、強磁性絶縁体中でも存在する。応用を目指した研究、例えば熱センサーや廃熱リサイクルシステムは現在も進められている。

Spintronics is about the coupled electron spin and charge transport in condensed-matter structures and devices. The recently invigorated field of spin caloritronics focuses on the interaction of spins with heat currents, motivated by newly discovered physical effects and strategies to improve existing thermoelectric devices. Here we give an overview of our understanding and the experimental state-of-the-art concerning the coupling of spin, charge and heat currents in magnetic thin films and nanostructures. Known phenomena are classified either as independent electron (such as spin-dependent Seebeck) effects in metals that can be understood by a model of two parallel spin-transport channels with different thermoelectric properties, or as collective (such as spin Seebeck) effects, caused by spin waves, that also exist in insulating ferromagnets. The search to find applications - for example heat sensors and waste heat recyclers - is on.