[論文レビュー] Anomalous and Planar Nernst effects in thin-films of half-metallic ferromagnet La2/3Sr1/3MnO3

Cong Tinh Bui, F. Rivadulla|arXiv (Cornell University)|Apr 22, 2014

Magnetic and transport properties of perovskites and related materials被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、半金属フェリ磁性体La2/3Sr1/3MnO3のエpitaxial薄膜における異常および平面Nernst効果を調査した。寄生熱勾配への極めて高い感受性が明らかとなり、微小な温度差に対しても大きな非対称電圧が発生し、ナノ構造における熱電応答の解釈を複雑にする。本系ではスピンSeebeck効果の証拠は得られなかった。

ABSTRACT

We report the planar and anomalous Nernst effect in epitaxial thin films of spin polarized La2/3Sr1/3MnO3. The thermal counterpart of the anomalous Hall effect in this material (i.e. the anomalous Nernst effect) shows a extreme sensitivity to any parasitic thermal gradient, resulting in large asymmetric voltages under small temperature differences. This should be considered when interpreting the magnitude of the electrical response in nanostructures and devices that operate under high current densities. Finally, none of the observed magneto-thermoelectric signals is compatible with the observation of the Spin Seebeck Effect in this material.

研究の動機と目的

• 半金属フェリ磁性体La2/3Sr1/3MnO3のエpitaxial薄膜における磁熱電応答を調査すること。
• 本材料における異常Nernst効果（ANE）および平面Nernst効果（PNE）の存在と特性を検討すること。
• ナノ構造デバイスにおける測定熱電信号に及ぼす寄生熱勾配の影響を評価すること。
• 実験条件下でLa2/3Sr1/3MnO3薄膜にスピンSeebeck効果が観測可能かどうかを特定すること。
• スピン極性酸化物ヘテロ構造における熱電測定の信頼できる解釈ガイドラインを提供すること。

提案手法

• 高構造的品質を確保するため、単結晶基板上にLa2/3Sr1/3MnO3のエpitaxial薄膜を成長させた。
• 薄膜に制御された熱勾配を印けて、異常および平面Nernst効果を測定した。
• 通常のNernst効果からの異常寄与を分離するために、変動する磁場下での電圧応答を記録した。
• 寄生熱勾配を最小限に抑えるために、慎重な熱絶縁および温度制御を実施した。
• 測定信号の内在的磁熱電効果と熱不均一性に起因するアーティファクトを区別するためにデータを分析した。
• スピン電流駆動熱電力に起因する理論的期待値と比較することで、スピンSeebeck効果の欠如を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 La2/3Sr1/3MnO3薄膜における異常Nernst効果の大きさと磁場依存性は何か？
• RQ2 外向き磁場を印加した場合、この半金属フェリ磁性体における平面Nernst効果はどのように現れるか？
• RQ3 寄生熱勾配がナノ構造薄膜における測定熱電電圧に及ぼす歪みの程度はどの程度か？
• RQ4 与えられた条件下で、La2/3Sr1/3MnO3薄膜にスピンSeebeck効果の実験的証拠があるか？
• RQ5 観測された磁熱電信号は、スピン極性系に対する理論的予測とどのように比較されるか？

主な発見

• La2/3Sr1/3MnO3薄膜における異常Nernst効果は、寄生熱勾配に対して極めて感受性が高く、微小な温度差に対しても大きな非対称電圧を生じる。
• 測定された熱電応答は熱不均一性の影響を強く受けており、内在的Nernst信号の正確な定量に困難を伴う。
• 本研究で検討された薄膜では、スピンSeebeck効果に相当する測定可能な信号は観測されなかった。
• 平面Nernst効果が検出されたことから、系に非同一磁化状態または反転対称性の破れが存在することが示唆された。
• 観測された異常Nernst応答は、単純なスピン電流誘起熱電力モデルとは整合せず、代替的な起源を示唆している。
• 結果から、半金属マンガン酸化物を基盤とするスピントロニクスナノ構造における熱電効果測定では、慎重な熱管理が不可欠であると示唆される。