Spin caloritronics in magnetic/non-magnetic nanostructures and graphene field effect devices

Koppeling van lading, warmte en hoekmoment kan nieuwe toepassingen brengen

Elektronen in een (magnetische) geleider transporteren lading, warmte en hoekmoment (spin) wanneer een voltage of temperatuur gradiënt wordt aangelegd. De afgelopen eeuw is het begrip van de koppeling tussen lading- en warmtestromen (thermo-elektriciteit) en tussen lading- en spinstromen (spintronica) zowel in bulk als in dunne metaal lagen sterk verbeterd. Dit is mogelijk te gebruiken voor het ontwikkelen van nieuwe schakelingen voor bijvoorbeeld data-opslag.

Dit proefschrift richt zich op het verkrijgen van meer begrip over verschillende spin caloritronische fenomenen op ferromagnetische/niet-magnetische metalen oppervlakken in pilaar-vormige en laterale (niet-lokale) spinklep devices. In het eerste deel van dit proefschrift wordt het gebruik gemaakt van een multifunctionele nano-pilaar spinklep. Hiermee tonen we zowel het bestaan van warmte-gedreven spinstroombronnen aan, en tevens magnetisch controleerbare warmte-schakelaren op nanoschaal.

Verder laten we zien hoe een magnetisch isolerend substraat, zoals yttrium ijzer granaat (YIG), een spinstroom kan beïnvloeden in niet-lokale spinkleppen. In het laatste hoofdstuk demonstreren we de elektrisch veranderbare aard van thermo-elektrische effecten in grafeen – het één atoomlaag dikke koolstof materiaal – en bevestigen de Thomson relatie tussen het Seebeck en Peltier effect. Tot slot geven we een vooruitblik op de mogelijkheid om spin caloritronica te gebruiken in toekomstige toepassingen.

Fasile Dejene verrichtte zijn onderzoek bij de afdeling Fysica van Nano Devices binnen het Zernike Institute for Advanced Materials. Hij werkt inmiddels als postdoctoraal onderzoeker in Duitsland, aan een Max Planck Instituut.

Proefschrift: http://hdl.handle.net/11370/be966159-ab04-4218-a6b6-19a757ec8511