物理

在競賽與科展開拓疆土,自旋電流與人工光合作用集合的殿堂
自旋漲落對反自旋霍爾電壓之增強效應

作者:王廷安、鄭淳芸

指導老師:黃光照老師、黃斯衍教授

摘要:
本實驗以熱激發磁性絕緣體材料中的自旋電流,探討鐵磁性金屬—鎳銅合金(Nix/Cu1-x)的自旋漲落對自旋電流傳輸的放大效應。我們利用磁控濺鍍法在磁性絕緣體材料-釔鐵石榴石(Y3Fe5O12,YIG)上製備鎳銅合金薄膜,並且藉由施加溫度梯度,使純粹自旋電流於 YIG 中被激發並傳遞到鎳銅合金中。透過自旋軌道耦合效應,自旋電流可被轉換成反自旋霍爾電壓並被偵測到。我們變溫測量反自旋霍爾電壓,證明自旋漲落對於自旋電流轉換效率的重大影響。並且透過調整鎳與銅的比例為八比二,使其相轉變溫度—居禮溫度降至室溫附近,使自旋電流轉換效率的放大發生在室溫,應用上將是一大突破。
研究目的:

利用溫度相關的自旋賽貝克效應(spin Seebeck effect, SSE)量測,證明鐵磁金屬的自旋漲落對電荷電流及自旋電流之間轉換效率的影響。

結論:

1. 利用變溫量測 Ni80Cu20 的反自旋霍爾電壓,將每個溫度下的電壓差對溫度作圖,我們在居禮溫度 300K 觀察到一電壓峰值。

2. 鐵磁性材料 Ni80Cu20 能利用相轉變時的自旋漲落現象提高自旋流轉換效率。