[논문 리뷰] Anomalous and Planar Nernst effects in thin-films of half-metallic ferromagnet La2/3Sr1/3MnO3

Cong Tinh Bui, F. Rivadulla|arXiv (Cornell University)|2014. 04. 22.

Magnetic and transport properties of perovskites and related materials인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 반완전 도체 반자성체인 La2/3Sr1/3MnO3의 에pi택셜 박막에서의 이상적 및 평면 Nernst 효과를 조사한다. 이는 부수적 열기울기의 극도로 민감한 반응을 보이며, 작은 온도 차이에서도 큰 비대칭 전압을 유도하여 나노구조에서 열전 효과의 해석을 어렵게 한다. 이 시스템에서 스핀 시브크 효과에 대한 증거는 발견되지 않았다.

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.

연구 동기 및 목표

• 반완전 도체 반자성체 La2/3Sr1/3MnO3의 에피택셜 박막에서의 자화-열전 효과를 조사하기 위해.
• 이 물질에서 이상적 Nernst 효과(ANE)와 평면 Nernst 효과(PNE)의 존재 및 특성 여부를 검토하기 위해.
• 나노구조 장치에서 측정된 열전 신호에 대한 부수적 열기울기의 영향을 평가하기 위해.
• 실험 조건 하에서 La2/3Sr1/3MnO3 박막에서 스핀 시브크 효과가 관측 가능한지 여부를 판단하기 위해.
• 스핀 편향된 산화물 이중구조에서 열전 측정을 위한 신뢰할 수 있는 해석 지침을 제공하기 위해.

제안 방법

• 고구조 품질을 확보하기 위해 La2/3Sr1/3MnO3의 에피택셜 박막을 단결정 기질에 성장시켰다.
• 박막에 제어된 열기울기를 가하여 이상적 및 평면 Nernst 효과를 측정하였다.
• 일반 Nernst 효과에서 비롯된 이상적 기여를 분리하기 위해 다양한 자기장 하에서 전압 반응을 기록하였다.
• 부수적 열기울기를 최소화하기 위해 철저한 열격리 및 온도 제어를 실시하였다.
• 내재된 자화-열전 효과와 열비균형에 기인한 잡음 간의 구분을 위해 데이터를 분석하였다.
• 스핀 시브크 효과의 부재는 스핀 전류에 의해 유도된 열전도도 이론적 기대와 관측된 신호를 비교하여 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 La2/3Sr1/3MnO3 박막에서 이상적 Nernst 효과의 크기와 자기장 의존성은 어떠한가?
• RQ2 외부 자기장을 가했을 때 이 반완전 도체 반자성체에서 평면 Nernst 효과는 어떻게 나타나는가?
• RQ3 부수적 열기울기가 나노구조 박막에서 측정된 열전 전압에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ4 주어진 조건 하에서 La2/3Sr1/3MnO3 박막에서 스핀 시브크 효과에 대한 실험적 증거가 있는가?
• RQ5 관측된 자화-열전 신호는 스핀 편향 시스템에 대한 이론 예측과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• La2/3Sr1/3MnO3 박막에서 이상적 Nernst 효과는 부수적 열기울기의 영향을 극도로 민감하게 반응하며, 작은 온도 차이에서도 큰 비대칭 전압을 유도한다.
• 측정된 열전 효과는 열비균형에 의해 크게 영향을 받으며, 이는 내재된 Nernst 신호의 정확한 정량화를 어렵게 한다.
• 조사된 박막에서 스핀 시브크 효과에 부합하는 측정 가능한 신호는 관측되지 않았다.
• 평면 Nernst 효과가 검출되었으며, 이는 시스템 내에서 비공선 스핀 구조 또는 역행성 대칭의 위반을 시사한다.
• 관측된 이상적 Nernst 반응은 단순한 스핀 전류 유도 열전도도 모델과 일치하지 않으며, 다른 기원을 시사한다.
• 결과적으로, 반완전 도체 망간산염 기반 스핀트로닉스 나노구조에서 열전 효과를 측정할 경우 철저한 열관리가 필수적임을 시사한다.