半金属哈斯勒合金材料的自旋热电性质研究

The interplay of charge, spin and heat currents now turns into a new branch of spintronics, i.e. spin caloritronics, which is concerned with non-equilibrium phenomena related to spin, charge, entropy and energy transport in magnetic structures and devices. Half-metals with 100% spin polarization are of extremely important spintronic materials, and in general, for instance, Co2TiAl, Co2MnSn, have stronger thermoelectric properties than the common magnetic metals, e.g., NiFe, CoFe. Their spin thermoelectric properties should be outstanding due to the theoretical analysis. However, we have little knowledge about the physical nature of the spin seebeck effect, the spin-dependent thermoelectric properties of the half-metallic heusler alloys. Therefore, the relevant research work has not only the theoretical value, but also satisfies the actual demand. Our project will focus on the study on the spin-dependent thermoelectric properties of half-metallic heusler alloys. We will measure the spin-dependent seebeck coefficients by different methods; explore the physical nature of the spin seebeck effect and the role of thermal spin transfer torque on the domain wall motion in the nanowires of heusler alloys.

电流、自旋流和热流之间的相互作用，产生了自旋电子学的一个新的分支-自旋热电子学（spin caloritronics），该学科主要研究自旋、电荷、熵和能量在磁性材料及器件中的非平衡传输现象。半金属哈斯勒合金是重要的自旋电子材料，并且具有比NiFe、CoFe等常用磁性金属更强的热电性能，如Co2TiAl, Co2MnSn等具有非常高的seebeck系数，从理论分析来看，其自旋seebeck系数和peltier系数也必定很高。但是，我们对自旋seebeck效应的物理本质、对半金属材料的自旋热电性质都了解甚少，因此，系统深入地研究半金属哈斯勒合金的自旋热电性质，不仅具有重要的理论价值，也有潜在的实际应用需求。本项目将重点研究半金属哈斯勒合金材料的自旋热电性质，采用多种方法测量其自旋相关seebeck系数、研究自旋seebeck效应的本质以及热自旋转移矩在半金属纳米线中的作用。

电流、自旋流和热流之间的相互作用，产生了自旋电子学的一个新的分支-自旋热电子学（spin caloritronics），该学科主要研究自旋、电荷、熵和能量在磁性材料及器件中的非平衡传输现象。半金属哈斯勒合金是重要的自旋电子材料，并且具有比 NiFe、CoFe 等常用磁性金属更强的热电性能，如 Co2MnSn，Co2MnSi等具有非常高的 seebeck 系数，从理论分析来看，其自旋 seebeck 系数也必定很高。本项目系统深入地开展了多种哈斯勒合金材料NiCoMnGe、NiCoMnCrSn的结构、磁性、动态磁性能、磁输运性质的研究，Co2FeSi、Ni2MnGa以及反铁磁IrMn合金的自旋传输与探测研究，以及多种铁磁材料以及半金属哈斯勒合金材料的自旋 seebeck 效应（SSE）的研究，证实了半金属Co2MnSn材料具有比Co铁磁材料的自旋seebeck系数高一个量级以上，同时给出了较简单的自旋seebeck系数的测量计算方法，这些基础研究结果不仅具有重要的理论价值，也在热电转换等应用中有重大需求。