Coupled charge, spin and heat transport in metal-insulator hybrid systems

Elektronen hebben intrinsiek een lading en een spin. In conventionele elektronica worden elektrische stromen, die in wezen ladingsstromen zijn, gebruikt voor het verzenden van informatie onder de besturing van elektrische velden. Op het ontluikende gebied van spintronica echter worden spinstromen, d.w.z. stromen van spin impulsmoment van elektronen, gebruikt als de informatiedrager, gecontroleerd door magnetische velden.

Het werk gepresenteerd in dit proefschrift valt in een subveld van spintronica genaamd spin caloritronica, dat de interactie onderzoekt tussen lading, spin en warmtestromen in verschillende materiaalsystemen. Eerst werd een nieuw effect met de naam magneto-Peltier-effect bestudeerd in magnetische tunnelcontacten (MTJ's). MTJ's zijn de belangrijkste componenten in magnetoresistieve random-access geheugentechnologie, maar hun thermische eigenschappen werden tot voor kort niet intensief onderzocht. We vonden in onze experimenten dat de Peltier-coëfficiënt van een MTJ kan worden gewijzigd tussen de twee toestanden, gereguleerd door een toegepast magnetisch veld.

Ten tweede hebben we gekeken naar twee elektrisch isolerende doch magnetische materialen, yttrium ijzer granaat (YIG) en nikkelferriet (NFO). In deze materialen wordt spin niet getransporteerd door mobiele elektronen, maar door collectieve excitaties die magnonen worden genoemd. Dit biedt een ideaal platform om de directe koppeling tussen spin- en warmtestromen te bestuderen in afwezigheid van ladingsstromen. We hebben de transporteigenschappen van de magnonische spinstromen in YIG en NFO bestudeerd, zowel elektrisch via het spin-Hall-effect als thermisch opgewekt door het spin-Seebeck-effect. We geloven dat het werk dat in dit proefschrift wordt beschreven helpt de huidige kennis van dit veld te vergroten en de weg vrijmaakt voor nieuwe spintronische apparaten.