Физики из Университета штата Огайо и Калифорнийского университета в Санта-Барбаре зарегистрировали проявление спинового аналога эффекта Зеебека в полупроводниковых образцах.

Классический эффект Зеебека — возникновение ЭДС в цепи, состоящей из последовательно соединённых разнородных металлов, контакты между которыми находятся при разных температурах, — был открыт в 1821 году. На этом эффекте основано действие термопары, простого и надёжного датчика температур, используемого в измерительных устройствах.

Вклады трёх основных механизмов возникновения термоЭДС, которые мы здесь не рассматриваем, учитываются в одном коэффициенте S, зависящем от плотности электронов проводимости и скорости их рассеяния. Он определяется как отношение сгенерированного напряжения к разности температур на концах проводника.

Совсем недавно, в середине 2008 года, японские учёные опубликовали в журнале Nature статью с описанием спинового аналога эффекта Зеебека. Физики предположили, что разные спиновые состояния электронов проводимости должны соответствовать разным коэффициентам S, то есть, можно сказать, представили магнитный материал в виде двух проводников с различающимися значениями коэффициента. Эксперименты с образцом металлического ферромагнетика — пермаллоя Ni₈₁Fe₁₉ — подтвердили истинность гипотезы: при создании температурного градиента в таком материале действительно регистрировался спиновый ток.

Авторы новой работы получили аналогичный результат в случае ферромагнитного полупроводника — арсенида галлия, легированного марганцем. Выбранная схема опыта также повторяла ту, что была использована японцами: детекторами локального спинового тока служили расположенные поперёк образца на некотором расстоянии друг от друга платиновые нанополоски толщиной около 20 нм, которые преобразовывали ток в поперечное напряжение при реализации обратного спинового эффекта Холла.

Рис. 1. Схема измерений (здесь и далее иллюстрации из журнала Nature Materials).

При нагревании одной стороны полупроводникового образца он повёл себя примерно так же, как пермаллой. Стоит отметить, что исследователи провели отдельную серию опытов с образцами, разделёнными прорезью на две не контактирующие друг с другом части (другими словами, прорезь обеспечивала полную электрическую изоляцию).

Мы думали, что эти части будут самостоятельны, — говорит один из авторов Роберто Майерс (Roberto Myers). — Но спиновый эффект, к нашему удивлению, «преодолел» разрыв».

Следовательно, отсутствие переноса заряда в данном случае никакой роли не играет. Точные причины возникновения спинового эффекта Зеебека пока остаются невыясненными.

Рис. 2. Температурная и пространственная зависимости «спинового» коэффициента Зеебека Sxy.

рис. 3. Появление прорези не оказывает на коэффициент Sxy особого влияния.

Полная версия отчёта будет опубликована в журнале Nature Materials:

C. M. Jaworski, J. Yang, S. Mack, D. D. Awschalom, J. P. Heremans & R. C. Myers Observation of the spin-Seebeck effect in a ferromagnetic semiconductor – Nature Materials (2010) doi:10.1038/nmat2860; Published online 26 September 2010.

В этом же журнале, добавим, вскоре появится материал, авторы которого наблюдали спиновый эффект Зеебека в магнитном диэлектрике LaY₂Fe₅O₁₂.

По материалам: