CoFe基磁性金属薄膜中热自旋流的高效生成及机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51601139
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0107.金属功能材料
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The discovery of the new physical effect on thermally excited spin current has greatly promoted the research of interaction between spin and heat currents and developed into one new branch of Spintronics, nominated as Spin Caloritronics. The utilization of thermal spin current enables us to simplify device integration and develop wireless spintronic devices. However, the extremely low generation efficiency of thermal spin current limits its application in conventional ferromagnetic materials. We recently found the CoFeAl nanostructure show excellent thermal spin injection efficiency, but it still not enough for the practical application. Besides, its basic physical mechanism is still not well understood. In this project, we will focus on the efficient thermal spin current generation and injection in the CoFe based ferromagnetic thin films and its multi-layered structures. Firstly, we will optimize the thermally excited spin generation efficiency by adjusting composition of CoFeX ferromagnetic layer with improving interface condition in fabricated CoFeX/Cu/Pt structure. And then, we will study the influence of thermally excited spin generation with saturation of magnetization, Curie temperature, spin-dependent Seebeck coefficient and interfacial condition. Moreover, we will establish the intrinsic relationship between the magnon energy, spin density of states around Fermi level with efficient thermal spin injection in ferromagnetic thin films. Finally, we will reveal the origin mechanism of thermally excited spin generation and injection in CoFe based metallic junctions for promoting the development of efficient energy harvesting devices, multi-functional sensors with low power consumption and spin information storage devices.
热激发生成自旋流的发现大大推进了热流与自旋流之间转换的研究并成为自旋电子学的新兴学科,即自旋热学。利用热自旋流不但可开发无线自旋器件还可大大简化电路集成。我们最近研究发现CoFeAl具有较高的热自旋转换效率,但还难以满足应用需求,且其高效生成热自旋流的基本物理机制还不完全清楚。因此本项目拟以CoFe基磁性金属及其多层异质结为研究对象,通过测量逆自旋霍尔效应研究成分调控及界面改性提高CoFe基磁性薄膜及其三层异质结中热自旋流生成和注入效率;并分析由成分调控引起饱和磁化强度、居里温度、自旋依赖的赛贝克系数以及界面对热自旋流生成和注入的影响;建立热自旋流生成和注入与磁性金属中磁振子的能量、自旋电子在费米能级附近态密度以及界面自旋混合电导的内在联系;揭示磁性金属薄膜中高效热自旋流生成和注入的基本物理机制,为开发高效纳米结构能量收集器件、微型化低能耗新型多功能传感器以及自旋信息存储器提供新的思路。

结项摘要

热激发生成自旋流的发现大大推进了热流与自旋流之间转换的研究并成为自旋电子学的新兴学科,即自旋热学。利用热自旋流不但可开发无线自旋器件还可大大简化电路集成。本项目针对磁性金属薄膜及异质结中高效热自旋流生成和注入的基本物理机制和热自旋注入效率进行了系统研究,开发了热自旋注入效率的精确探测方法,揭示了异质结界面磁有序是高效热自旋注入效率调控机制,并利用高效自旋热电转换异质结开发出新型热电转换器件。首先研究了CoFeAl/Cu/Py横向自旋阀中电流产生的电流和热流激发生成自旋流的影响,通过对电流激发热非局域自旋信号不满足电流和电压的电极对易关系的分析,开发了自旋依赖塞贝克系数精确测量的简易方法。而后运用该横向自旋阀结构中非对易性测试方法探究铁磁材料Py(Ni80Fe20)/Cu异质结中热激发自旋电流特性的温度相关性,发现Py/Cu界面的自旋相关的塞贝克系数在低温下明显增加,且在较低温度下热自旋极化超过了100%。通过第一性原理计算Py/Cu界面能带结构发现自旋塞贝克系数对界面处的磁无序散射十分敏感,界面磁无序度的减小可以显著增大热自旋注入效率,揭示了常用金属异质结中界面对热自选转化的调节机制。还研究了纵向异质结构及热电器件的制备和开发,结合高效热电转化异质结及界面调控机制开发具有较大输出功率、可以用微型低能耗、自供电的新型热电转换器件。这些研究使得高效热自旋能量转换从理论到应用跨出了一步。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Nonreciprocity of electrically excited thermal spin signals in CoFeAl-Cu-Py lateral spin valves
CoFeAl-Cu-Py横向自旋阀中电激发热自旋信号的非互易性
  • DOI:
    10.1103/physrevb.95.100403
  • 发表时间:
    2017-03
  • 期刊:
    Physical Review B
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Hu Shaojie;Cui Xiaomin;Nomura Tatsuya;Min Tai;Kimura Takashi
  • 通讯作者:
    Kimura Takashi
Substantial enhancement of thermal spin polarization in Py/Cu interface
Py/Cu 界面热自旋极化的显着增强
  • DOI:
    10.1103/physrevmaterials.2.104403
  • 发表时间:
    2018-10
  • 期刊:
    Physical Review Materials
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Shaojie Hu;Jingyan Zhao;Lei Wang;Xiaomin Cui;Kohei Ohnishi;Taisei Ariki;Tai Min;Ke Xia;Takashi Kimura
  • 通讯作者:
    Takashi Kimura

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其他文献

阔叶黄檀心材新黄酮类化学成分研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中国中药杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孟晓伟;王定清;陈兰英;邵峰;张普照;胡少杰;朱清;刘荣华
  • 通讯作者:
    刘荣华
黄檀属植物东非黑黄檀的化学成分与药理作用研究 进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    江西中医药
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡少杰;孟晓伟;王梦飞;徐章俊;杨丽;邵峰;陈兰英;刘荣华
  • 通讯作者:
    刘荣华
黄檀属植物新黄酮类化学成分与药理活性研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国中药杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘荣华;林帅;张普照;陈兰英;黄慧莲;梅丹仪;胡少杰;邵峰
  • 通讯作者:
    邵峰

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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