[论文解读] 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 4

一句话总结

本研究调查了外延薄膜半金属铁磁体La2/3Sr1/3MnO3中的反常和平面Nernst效应。研究发现其对寄生热梯度极为敏感，即使在微小温差下也会产生显著的不对称电压，这使得纳米结构中热电响应的解释变得复杂；在该体系中未发现自旋Seebeck效应的证据。

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.

研究动机与目标

• 研究外延薄膜半金属铁磁体La2/3Sr1/3MnO3中的磁热电响应。
• 检查该材料中反常Nernst效应（ANE）和平面Nernst效应（PNE）的存在及其特性。
• 评估寄生热梯度对纳米结构器件中测量热电信号的影响。
• 确定在实验条件下，La2/3Sr1/3MnO3薄膜中是否可观测到自旋Seebeck效应。
• 为自旋极化氧化物异质结构中的热电测量提供可靠的解释指南。

提出的方法

• 在单晶衬底上外延生长La2/3Sr1/3MnO3薄膜，以确保高结构质量。
• 通过在薄膜上施加受控的热梯度来测量反常和平面Nernst效应。
• 在不同磁场下记录电压响应，以将反常贡献与普通Nernst效应分离。
• 采用仔细的热绝缘和温度控制措施，以最小化寄生热梯度的影响。
• 通过数据分析区分本征磁热电效应与热不均匀性引起的伪影。
• 通过将观测到的信号与自旋流驱动热电功率的理论预期进行比较，评估自旋Seebeck效应的缺失。

实验结果

研究问题

• RQ1 La2/3Sr1/3MnO3薄膜中反常Nernst效应的大小及其磁场依赖性如何？
• RQ2 在施加磁场条件下，该半金属铁磁体中的平面Nernst效应如何表现？
• RQ3 寄生热梯度在多大程度上扭曲了纳米结构薄膜中测量的热电电压？
• RQ4 在给定条件下，是否存在实验证据表明La2/3Sr1/3MnO3薄膜中可观测到自旋Seebeck效应？
• RQ5 所观测到的磁热电信号与自旋极化体系的理论预测相比如何？

主要发现

• La2/3Sr1/3MnO3薄膜中的反常Nernst效应对寄生热梯度表现出极端敏感性，即使在微小温差下也会产生大的不对称电压。
• 测量的热电响应显著受热不均匀性影响，使得本征Nernst信号的精确量化变得复杂。
• 在所研究的薄膜中未观测到与自旋Seebeck效应相容的可测量信号。
• 检测到平面Nernst效应，表明该体系中存在非共线自旋结构或破缺反演对称性。
• 观测到的反常Nernst响应与自旋流驱动热电功率的简单模型不一致，暗示其起源可能不同。
• 结果表明，在基于半金属锰氧化物的自旋电子学纳米结构中，热管理必须格外谨慎。