热电设备中的自旋传输知识助力填补此类空白

热电设备中的自旋传输知识助力填补此类空白

热电材料是一个研究热点，它可以在存在温差的情况下产生电压。在最大程度地减少化石燃料的使用并帮助防止全球能源危机方面，热电能量收集技术是我们的最佳选择之一。

然而，存在各种类型的热电机制，尽管最近做出了一些努力，但是其中一些却很少被理解。韩国科学家最近的一项研究旨在填补这种知识空白。

前面提到的这些机制之一是自旋塞贝克效应（SSE），该效应是由日本东京大学的Eiji Saitoh教授领导的研究小组于2008年发现的。SSE是一种现象，其中非磁性和铁磁性材料之间的温度差会产生自旋流。

为了收集热电能量，逆SSE尤其重要。在某些异质结构中，例如钇铁石榴石-铂（YIG / Pt），由温差产生的自旋流被转换成带电荷的电流，从而提供了一种从逆SSE发电的方法。

由于这种自旋至电荷的转换在大多数已知材料中效率相对较低，因此研究人员已尝试在YIG和Pt层之间插入原子上薄的二硫化钼（MoS 2）层。尽管此方法提高了转换效率，但2D MoS 2层在自旋传输中的作用背后的潜在机制仍然难以捉摸。

为解决这一知识鸿沟，韩国中安大学物理系李相权教授最近领导了对该主题的深入研究，该研究已发表在《纳米快报》（《增强自旋塞贝克热电Pt / Holey MoS 2 / Y 3 Fe 5 O 12杂化结构”）。为了了解2D MoS 2对YIG / Pt热电势的影响，中日大学的众多同事以及Saitoh教授参加了会议。

为此，科学家在MoS 2层中制备了两种具有不同形态的YIG / MoS 2 / Pt样品，以及完全没有MoS 2的参考样品。

他们准备了一个测量平台，可以在其中施加温度梯度，施加磁场，并监控随后发生的自旋流引起的电压差。有趣的是，他们发现反SSE以及整个异质结构的热电性能可以根据所用MoS 2的大小和类型而提高或降低。

特别地，与单独的YIG / Pt相比，在YIG和Pt层之间使用多孔的MoS 2多层产生的热电功率增加了60％。

通过仔细的理论和实验分析，科学家们确定这种明显的增加是由两个独立的量子现象的促进引起的，这两个现象共同构成了总的SSE逆。这些分别称为逆自旋霍尔效应和逆Rashba-Edelstein效应，它们都产生自旋累积，然后将其转换为充电电流。

此外，他们研究了MoS 2层中的空穴和缺陷如何改变异质结构的磁性能，从而有利地提高了热电效应。

Lee对结果感到兴奋，他说：“我们的研究是第一个证明界面层的磁性会在界面处引起自旋波动并最终增加自旋积累，从而通过反SSE产生更高的电压和热功率的证据。”

这项工作的结果代表了热电材料技术难题中的关键部分，并且可能很快具有现实意义，正如Lee解释说：“我们的发现揭示了在YIG / Pt中具有中间层的大面积热电能量收集器的重要机遇系统。”

他们还提供了必要的信息，以了解自旋传输中Rashba-Edelstein效应和SSE结合的物理原理。”他补充说，他们的SSE测量平台可以极大地帮助研究其他类型的量子传输现象，例如山谷驱动的霍尔和能斯特效应。