NiFe 기반 상호 연결된 나노와이어 네트워크의 큰 스핀 의존 열전 효과

초록

NiFe 합금 및 NiFe/Cu 다층 나노와이어(NW) 네트워크는 템플릿 보조 전기화학 합성 방법을 사용하여 성장되었습니다. NiFe 합금 NW 네트워크는 다층 NW 구조의 현재 평면에 수직인 기하학에서 크게 보존되는 큰 열전력을 나타냅니다. 거대 자기열전력(MTP) 효과는 다층 NiFe/Cu NW에서 300K에서 25%의 값을 가지며 100K에서 60%에 도달하는 것으로 입증되었습니다. -12.3 μ V/K는 실온에서 얻었다. 큰 MTP 효과는 NW 네트워크를 기반으로 하는 유연한 장치의 열전 특성을 제어하기 위한 자기 접근 방식을 보여줍니다.

소개

스핀 트로닉 재료의 열전 효과는 스핀 Seebeck 효과, 열 생성 스핀 전류 및 열 보조 스핀 전달 토크를 포함한 고유한 물리적 특성으로 인해 스핀 열량 전자공학의 신흥 분야에서 활발히 연구되고 있습니다[1-7]. 또한 자성 다층, 스핀 밸브 및 터널링 접합(자이언트 마그네토-제벡 및 마그네토-펠티에 효과)에서 자기 저항 효과의 열전 아날로그는 열 흐름 및 열전기의 자기 제어를 가능하게 하는 데 사용할 수 있기 때문에 특히 중요합니다. 전자 회로에서 폐열 회수를 위한 전압 [3, 8–13]. 외부 자기장이 있는 다층의 자화 구성을 적절하게 수정하여 얻은 큰 스핀 의존 열전 효과는 스핀업 및 스핀다운 전자에 대한 Seebeck 계수가 상당히 다르다는 사실을 이용합니다. Seebeck 계수의 이러한 차이는 희석 자성 합금에 대해 수행된 이전 연구에서 제안된 바와 같이 전이 강자성(FM) 금속의 d-대역 교환 분할에 기인합니다[14, 15]. 펠티에 효과를 고려할 때, 이는 스핀업 전자와 스핀다운 전자에 의해 전달되는 열의 양이 다르다는 것을 의미합니다. 최근에 3D 나노다공성 폴리머 호스트 필름에서 전기화학적 증착에 의해 제작된 상호 연결된 자기 나노와이어(NW) 네트워크가 전기, 열에 대한 주요 요구 사항을 충족하는 다양한 형식으로 가볍고 견고하고 유연하며 형상화 가능한 스핀 열량 전자 장치를 제작하는 매력적인 경로를 제공한다는 것이 입증되었습니다. 및 기계적 안정성 [16, 17]. 또한 전기화학적 합성은 엔지니어링 단순성, 다용도성 및 저렴한 비용으로 인해 다양한 금속으로 다성분 나노와이어를 제조하는 강력한 방법입니다[18-20]. 이러한 센티미터 규모의 나노와이어 네트워크에서 전체 샘플 크기에 걸쳐 전하 흐름을 허용하려면 전기적 연결이 필수적입니다. 나노와이어 기반 시스템은 금속 나노기둥과 자기터널 접합에서 얻은 결과의 신뢰성과 재현성 부족을 극복합니다[3, 9, 10, 12]. 이는 주로 나노크기 샘플과 열적 접촉 저항에 기인할 수 있습니다. 온도 구배를 생성하는 욕조. 3D 나노와이어 네트워크는 매우 크고 자기적으로 변조된 열전 역률을 나타내는 유연한 열전 발전기에 대한 가능성을 보여줍니다. 기존의 열전 모듈은 결합된 n형 및 p형 열전 재료 또는 다리로 구성됩니다. 초기 작업은 Co/Cu 및 CoNi/Cu 다층으로 만들어진 n형 NW 시스템에 초점을 맞추었지만[16, 17], 최근에는 희석 NiCr 합금이 p형 나노와이어 기반 열전 다리 제작에 유망한 것으로 나타났습니다[16, 17]. 21]. 현재 작업에서 우리는 상호 연결된 Ni, NiFe 합금 및 Ni₈₀을 기반으로 하는 다른 n형 열전 필름에서 얻은 실험 결과에 대해 보고합니다. Fe₂₀ /Cu 다층 NW 네트워크. 니켈-철은 자기 데이터 저장 기술에 널리 사용되는 중요한 연자성 물질입니다. 최적화된 샘플 구성을 가진 NiFe 합금은 또한 실온 근처에서 큰 열전력을 나타냅니다. 또한 NiFe/Cu 다층은 잘 알려진 거대 자기저항(GMR) 시스템[22]입니다. GMR의 물리적 기원은 자기 다층에서 다수 및 소수 스핀 전자의 서로 다른 전도 특성입니다. 자기 열전력 측정을 통해 이러한 다층 NW 네트워크의 분기된 나노와이어 아키텍처가 평면(CPP) 기하학에 수직인 전류에서 전기 측정을 허용한다는 사실을 이용하여 퍼멀로이(Ni₈₀ Fe₂₀ )를 얻습니다.

실험 방법

상호 연결된 기공을 가진 폴리카보네이트(PC) 다공성 멤브레인은 22- μ m-두께의 PC 필름을 2단계 조사 공정으로 [23, 24]. 멤브레인의 토폴로지는 −25^∘ 의 두 고정 각도에서 첫 번째 조사 단계에 필름을 노출시켜 정의되었습니다. 및 +25^∘ 필름 평면의 법선 축에 대해. PC 필름을 회전시킨 후 평면에서 90^∘ , 두 번째 조사 단계는 동일한 고정 각도 조사 플럭스에서 발생하여 최종적으로 3D 나노 채널 네트워크를 형성합니다. 그런 다음, 잠복 트랙은 이전에 보고된 프로토콜[25]에 따라 화학적으로 에칭되어 직경이 80nm이고 체적 다공성이 3%인 3D 다공성 막을 얻었다. 다음으로, 전기화학 증착 동안 음극 역할을 하기 위해 금속 Cr(3 nm)/Au(400 nm) 이중층이 있는 전자빔 증발기를 사용하여 PC 템플릿을 한쪽 면에 코팅했습니다. NW 네트워크는 3D 다공성 PC 멤브레인을 부분적으로 채웁니다. Fe 함량이 40% 미만인 제어된 조성의 NiFe 합금 NW는 황산염 욕조를 사용하고 다른 전위에서 증착을 사용하여 실온에서 성공적으로 성장되었습니다[26]. 또한 전착 Py(퍼멀로이, Ni₈₀ Fe₂₀ )/Cu 다층 나노와이어는 Ni ²⁺ 를 포함하는 단일 황산염 욕조에서 만들어졌습니다. , Fe ²⁺ , Cu ²⁺ ref. [27]. [18] 다른 곳에서 설명한 절차에 따라 각 금속의 증착 속도는 기공 충전 시간에서 결정되었습니다. 이중층의 두께는 Py 및 Cu 층에 대해 거의 동일한 두께로 10nm로 설정되었습니다. Cu 불순물은 EDX(Energy-Dispersive X-ray analysis)에 의해 평가된 바와 같이 퍼멀로이에 매우 제한된 함량(5% 미만)으로만 포함됩니다. 나노기공에서 전착에 의해 성장된 단일 NiFe 및 NiFe/Cu 나노와이어의 미세구조는 이전에 X선 회절 및 분석 투과 전자 현미경을 사용하여 조사되었다[28]. 그림 1a는 상호 연결된 나노와이어 네트워크를 기반으로 하는 스핀 열량전자 소자 필름의 유연성을 보여줍니다. 필름은 전기적 특성을 손상시키지 않고 쉽게 비틀 수 있습니다. 디클로로메탄을 사용한 PC 템플릿의 화학적 용해는 3D 다공성 템플릿을 충실하게 복제하는 상호 연결된 금속 자립 구조(그림 1a의 삽입)로 이어집니다. 전기 및 열전기 수송 측정을 수행하기 위해 그림 1b, c에 표시된 것처럼 전기 측정에 적합한 2-프로브 설계를 생성하기 위해 음극을 플라즈마 에칭에 의해 국부적으로 제거했습니다[16, 29, 30]. 이 구성에서 전류는 전기 접점이 Ag 페인트에 의해 직접 만들어지는 금속 음극의 에칭되지 않은 부분에서 분기된 CNW 구조(길이 약 1cm)로 직접 주입되고 20-μ CNW의 높은 수준의 전기 연결 덕분에 m 두께의 NW 네트워크. 더욱이, 전기 및 열 전류의 흐름은 나노와이어 세그먼트를 따라 제한되기 때문에, 전류는 다층 구조의 경우 층의 평면에 수직으로 흐른다. 준비된 시편의 일반적인 저항 값은 수십 옴 범위입니다. 각 샘플에 대해 입력 전력은 0.1 μ 미만으로 유지됩니다. W 자체 발열을 방지하고 저항은 10⁵ 의 한 부분의 분해능으로 옴 저항 범위 내에서 측정되었습니다. . 저항 소자와 열전 전압 Δ에 의해 열 흐름이 발생합니다. V 온도 차이 Δ에 의해 생성됩니다. 티 두 금속 전극 사이. 전압 리드는 얇은 Chromel P 와이어로 만들어졌으며 NIST ITS-90 Thermocouple Database에서 Chromel P의 절대 열전력에 대한 권장 값을 사용하여 측정된 열전 전력에 대한 리드의 기여도를 뺍니다. 온도 구배는 직경이 작은 유형 E 차동 열전대로 모니터링되었습니다. 1K의 일반적인 온도 차이가 측정에 사용되었습니다. 자기 저항(MR) 및 자기 열전력(MTP) 측정을 위해 외부 자기장이 NW 네트워크 필름의 평면 외(OOP) 및 평면 내(IP) 방향을 따라 적용되었습니다(자세한 내용은 열전 측정 참조 및 추가 파일 1)의 수정 요소.

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아 나노와이어 네트워크를 기반으로 하는 유연한 스핀 열량전자 장치의 사진. 삽입된 SEM 이미지는 직경이 ~80 nm인 나노와이어 분지 구조를 보여줍니다. 전기(b ) 및 열전(c ) 상호 연결된 NW 네트워크의 측정. 그림 1b의 삽입도는 Py/Cu 다층 구조의 개략도를 보여줍니다. 빨간색 화살표는 전류 흐름의 방향을 나타냅니다. c의 색상 NW 네트워크에서 생성된 온도 프로파일을 나타냅니다.

결과 및 토론

20%, 30% 및 40% Fe를 포함하는 순수 Ni 및 NiFe 합금 NW 네트워크의 실온(RT)에서의 절대 열전 전력은 그림 2a에 나와 있습니다. 열전력은 Fe 함량이 증가함에 따라 지속적으로 증가하여 –20 μ 사이의 값에 도달합니다. 약 –45 μ까지 순수 Ni에 대한 V/K Ni₆₀에 대한 V/K Fe₄₀ . 그림 2a의 오차 막대는 전기도금 공정과 관련된 합금 조성의 불확실성으로 인한 것입니다. 이러한 결과는 벌크 NiFe 합금에서 얻은 실험 데이터와 잘 일치합니다[31]. 따라서 구성을 미세 조정한 NiFe 합금은 잠재적으로 Co와 같은 순수 강자성 금속 및 콘스탄탄(Cu₅₅ Ni₄₅ :S ≈ -38 μ V/K). 또한 Py NW(S ≈ -37 μ V/K)는 문헌[32, 33]에서 보고된 벌크 값과 매우 유사합니다. 그림 2의 패널 b와 c는 자기장이 IP 및 OOP 방향으로 적용된 Ni 및 Py NW 네트워크의 저항 및 열전력의 RT 자기장 종속성을 보여줍니다. Py 및 Ni NW 샘플의 저항 및 열전력은 두 방향을 따라 동일한 자기장 종속성을 보여줍니다. R (하 ) 곡선은 전이 강자성 금속에서 스핀 궤도 산란의 이방성으로 인한 이방성 자기 저항 효과와 잘 일치합니다. 이 효과는 자화와 전류 방향 사이의 각도가 증가함에 따라 저항이 감소합니다. 실제로, 전류 흐름은 NW 세그먼트를 따라 제한되고 IP 방향의 포화 자화는 평균 각도가 ± 65^∘ 입니다. 현재와 함께. 대조적으로, OOP 방향으로 자화가 포화되면 자화와 전류 흐름 사이의 평균 각도는 훨씬 더 작습니다(±25^∘ ). 따라서 외부에서 인가된 자기장의 저항 감소는 자기장이 IP 방향으로 인가될 때 강화된다. 분명히, 자화와 전류 사이의 수직 구성에 대해 예상되는 더 낮은 저항 상태는 이러한 NW 네트워크에서 달성될 수 없습니다. Ni 및 NiFe 합금 NW 네트워크 모두에서 횡방향 자기장이 증가함에 따라 열전력의 절대값이 증가한다는 관찰은 단일 NW에 대해 수행된 이전 연구와도 잘 일치합니다[34]. 그림 2d는 순수 Ni 및 NiFe 합금 NW 네트워크에 대해 IP 방향으로 RT에서 평가된 자기 저항 및 자기 열전력의 크기를 보여줍니다. 여기서 MR 및 MTP 비율은 MR =(R로 정의됩니다. (하 =0)−R (하 _토 ))/R (하 =0) 및 MTP =(S (하 =0)−S (하 _토 ))/S (하 =0), R 포함 (하 _토 ) 및 S (하 _토 ) H에서의 저항 및 열전력 =각각 10 kOe. NiFe 합금 샘플의 경우 MTP 비율의 크기는 MR 비율과 비슷하거나 더 작습니다(Py). Py NW 네트워크에 대한 해당 MR 비율에 대한 MTP 비율의 작은 값은 Py 박막에서 수행된 측정과 일치합니다[35]. 대조적으로, Ni NW 네트워크는 MR 비율 1.5%보다 훨씬 큰 -5%의 MTP 효과를 나타냅니다. 이 결과는 단일 Ni NW에서 수행된 이전 측정과 잘 일치하며 MTP 효과의 동일한 향상을 보여줍니다[34]. Ni 박막의 경우 관찰된 Seebeck 계수의 이방성이 이방성 MR(~1.5%)과 거의 동일한 크기를 갖는다는 점에 주목하는 것이 흥미 롭습니다[35]. Ni NW에 대한 이 예상치 못한 향상된 MTP를 이해하려면 추가 연구가 필요합니다.

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아 실온에서 NiFe NW 네트워크(직경 80nm)에서 Seebeck 계수 대 Ni 함량의 변화. 벌크 합금에 대한 권장 값[38]도 보고됩니다. ㄴ , ㄷ Ni의 전기 저항 및 Seebeck 계수의 실온 변화(b ) 및 파이(c ) NW 네트워크 필름의 면내(IP) 및 면외(OOP) 필드를 적용하여 얻은 NW 샘플. d RT에서 NiFe NW 네트워크의 Ni 함량 함수로서의 MR 및 MTP 비율

FM/Cu 다층에서 층에 수직인 방향의 Seebeck 계수는 Kirchhoff의 규칙을 사용하여 해당 수송 속성에서 계산할 수 있습니다[36],

$$ S_{\perp} =\frac{S_{\text{Cu}} \kappa_{\text{FM}} + \lambda S_{\text{FM}} \kappa_{\text{Cu}}}{ \lambda \kappa_{\text{Cu}} + \kappa_{\text{FM}}}, $$ (1)

여기서 S _FM,Cu 및 κ _FM,Cu 강자성 물질과 Cu 및 λ의 열전력 및 열전도율을 나타냅니다. =그 _FM /그 _쿠 FM 및 Cu 층의 두께 비율. 식에 따르면 1, S _⊥ 두께 비율 λ인 경우 FM 금속의 큰 열전력에 의해 주로 결정됩니다. S 이후로 너무 작지 않습니다. _FM 카 _쿠>>S _쿠 카 _FM .

대조적으로, 층에 평행한 방향으로 FM/Cu 다층 스택의 Seebeck 계수는 다음과 같이 주어집니다.

$$ S_{\parallel} =\frac{S_{\text{Cu}} \rho_{\text{FM}} + \lambda S_{\text{FM}} \rho_{\text{Cu}}}{ \lambda \rho_{\text{Cu}} + \rho_{\text{FM}}}, $$ (2)

ρ와 함께 _FM 및 ρ _쿠 해당 전기 저항으로. 이 경우 두께비가 λ인 경우에만 큰 열전력을 얻을 수 있습니다. 매우 큽니다. 층 평행 방향과 수직 방향 사이의 대조 거동은 Eqs를 사용하는 Py/Cu 다층에 대한 그림 3a에 나와 있습니다. 1 및 2, 벌크 퍼멀로이에 대한 문헌 저항률 및 열전력 값 [32, 33, 37, 38] (ρ _파이 ≈ 25 μ Ω cm, S _파이 =–35 μ V/K) 및 구리(ρ _쿠 =1.6 μ Ω cm, S _쿠 =1.7 μ V/K) 및 Wiedemann-Franz 법칙(κ)에서 추정된 열전도율 ρ =엘 티 , 여기서 T 는 온도이고 L 는 로렌츠 비율)입니다. 벌크 Py 단결정의 경우, 열전도율에 대한 상대적으로 작은 격자 기여는 추정된 값을 약간 변경할 것으로 예상됩니다. 다층 나노와이어의 전기 저항과 열전도도 값은 각각의 벌크 구성 요소에 따라 상당히 다를 수 있지만, 층의 평행 방향과 수직 방향 사이의 동일한 대조 거동이 유지됩니다. 따라서 Py 및 Cu(그림 3a 참조)와 같은 서로 다른 재료의 교대로 적층된 다층 NW는 우수한 열전 재료의 유망한 후보입니다.

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아 평행(점선) 및 수직(실선) 방향 대 두께 비율의 층에서 Py/Cu 다층에 대해 계산된 열전력 λ =그 _파이 /그 _쿠 식을 사용하여 1 및 2 및 운송 계수에 대한 벌크 값. 회색 점선은 λ 값을 나타냅니다. =1; 삽입은 FM/Cu 다층 스택을 보여줍니다. ㄴ IP 및 OOP 방향으로 적용된 자기장에서 Py/Cu NW 네트워크의 전기 저항 및 Seebeck 계수의 실내 온도 변화. ㄷ NW 네트워크 필름의 평면에 적용된 필드와 온도의 함수로서의 MR 비율 및 MTP. d 0 적용 필드에서 측정된 Seebeck 계수 S _AP (파란색 원) 및 포화 자기장에서 S _P (빨간색 열린 원), 해당 계산된 S _↑ (주황색 삼각형) 및 S _↓ (보라색 삼각형) Eq. 5 및 6(텍스트 참조). Py NW 네트워크(80nm 직경)에서 얻은 데이터도 보고됩니다(녹색 사각형). 오차 막대는 전기 및 온도 측정의 불확실성을 반영하며 표준 편차의 2배로 설정되어 데이터 변동의 95%를 수집합니다.

그림 3b에서 볼 수 있듯이 Py/Cu NW 네트워크의 저항과 열전력은 NW 네트워크 필름의 OOP 및 IP 방향을 따라 동일한 자기장 종속성을 보여줍니다. 쉬운 축은 약 1.8 kOe의 포화 자기장과 함께 OOP 방향을 따라 가리키고 있습니다. 샘플은 큰 GMR 응답을 나타내는 것으로 나타났습니다(MR 효과가 더 낮은 저항 상태 R _P로 정규화되는 GMR 비율의 현재 정의 사용 , 즉, GMR =R _AP /R _P −1, R 포함 _AP 및 R _P 고 및 저 저항 상태에서 해당 저항으로) IP 및 OOP 방향을 따라 각각 20.5% 및 19%의 RT 값에 도달합니다. 작은 차이는 등방성 자기 저항 기여에 기인합니다. 예상대로 포화 상태(S)에서 CPP-GMR Py/Cu NW 네트워크에서 측정된 RT 열전력 ≈ –25 μ IP 방향을 따른 V/K)는 균질한 Py 샘플에서 발견된 값보다 약간 작습니다. 대조적으로, CIP 기하학에서 NiFe/Cu 다층에 대해 보고된 RT Seebeck 계수(~-10 μ V/K)가 훨씬 작습니다[39]. 이후에는 NW 네트워크 필름의 평면에서 얻은 측정값만 보고됩니다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 자기열전력 MTP의 절대값 =(S _AP -S _P )/S _AP , S _AP 그리고 S _P 고저항 및 저저항 상태의 해당 확산 열전력은 각각 MR 비율과 유사한 방식으로 온도가 감소함에 따라 단조 증가합니다(MR =(R로 정의됨) _AP -R _P )/R _AP ). 그러나 효과의 크기는 RT 근처에서 유사하지만 MTP는 저온 범위에서 현저한 강화를 나타냅니다. 이 거동은 저온에서 MTP가 현저히 감소하는 Co/Cu 및 CoNi/Cu NW 네트워크에서 관찰된 것과 대조적입니다[16, 17]. T 주변 =50K, MTP는 Py/Cu 샘플에 대해 약 70%에 도달하며, 이는 Co/Cu 및 CoNi/Cu NW 네트워크보다 2~3배 더 큰 것으로 밝혀졌습니다. 저온(~60%)에서의 GMR 비율은 이전에 병렬 Py/Cu NW 어레이에서 보고된 것보다 약간 작으며[27, 40], NW 네트워크에 기반한 고성능 CPP-GMR 연성 필름이 다음을 수행할 수 있음을 보여줍니다. 이 간단하고 저렴한 상향식 방법으로 제작할 수 있습니다.

스핀업 및 스핀다운 전자의 병렬 전류 경로에 대한 간단한 고려를 사용하여 [41], 고 및 저 저항 상태의 해당 열전력 S _AP 및 S _P , 다음과 같이 간단히 제공됩니다.

$$ S_{\text{AP}} =\frac{S_{\uparrow} \rho_{\uparrow}+ S_{\downarrow} \rho_{\downarrow} }{\rho_{\uparrow} + \rho_{\ 아래쪽 화살표}}, $$(3)

그리고:

$$ S_{\mathrm{P}} =\frac{S_{\uparrow} \rho_{\downarrow}+ S_{\downarrow} \rho_{\uparrow} }{\rho_{\uparrow} + \rho_{\ 아래쪽 화살표}}, $$ (4)

여기서 개별 저항 ρ _↑ 및 ρ _↓ 및 Seebeck 계수 S _↑ 그리고 S _↓ 다수 및 소수 스핀 채널에 대해 정의됩니다. 따라서 스핀 종속 Seebeck 계수, S _↑ 그리고 S _↓ 다음과 같이 표현될 수 있다[16]:

$$ S_{\uparrow} =\frac{1}{2} \big[S_{\text{AP}}\big(1-\beta^{-1}\big) + S_{\mathrm{P} }\big(1+\beta^{-1}\big) \big], $$ (5) $$ S_{\downarrow} =\frac{1}{2} \big[S_{\text{AP }}\big(1+\beta^{-1}\big) + S_{\mathrm{P}}\big(1-\beta^{-1}\big) \big], $$ (6)

여기서 β =(ρ _↓ −ρ _↑ )/(ρ _↓ +ρ _↑ )는 저항률에 대한 스핀 비대칭 계수를 나타냅니다. 대략적인 β 추정 =β를 사용하여 저온에서 0.6 =MR^1/2 Py/Cu 다층에 대해 수행된 CPP-GMR 실험의 이전 결과와 합리적으로 일치합니다[42]. 식에서. 5와 6을 보면 S _↑ =S _P 그리고 S _↓ =S _AP 극도로 큰 MR 비율(β →1). 그림 3d는 S의 온도 변화를 보여줍니다. _AP , S _P , S _↑ , 및 S _↓ . RT 아래에서 다양한 Seebeck 계수는 온도가 감소함에 따라 거의 선형으로 감소하며, 이는 확산 열전력의 우세를 나타냅니다. 균질한 Py NW 네트워크에서 얻은 데이터도 비교를 위해 그림 3d에 표시됩니다. 퍼멀로이 NW의 경우 Seebeck 계수의 크기는 S에 대해 추정된 값에 가깝습니다. _↑ , 식에서 예상한 대로. 4. 스핀 의존성 Seebeck 계수에 대한 RT 값 Δ S =S _↑ -S _↓ / –12.3 μ Py/Cu NW 네트워크의 V/K는 이전에 Co/Cu 및 CoNi/Cu NW에 대해 얻은 것보다 큽니다[16, 17]. 또한 3D 유한 요소 모델을 사용하여 Py/Cu/Py 나노 기둥 및 측면 스핀 장치 밸브에서 수행된 측정에서 간접적으로 추정된 것보다 훨씬 큽니다[3, 11]. Py/Cu 나노구조에 대한 이러한 이전 실험에서 오류의 주요 원인인 접촉 열 저항을 결정 및/또는 제거하는 것이 어려웠으며 다층 스택의 온도 구배를 추정하기 위해 시뮬레이션이 종종 필요했습니다. 서로 다른 자기 다층 시스템의 실온 스핀 종속 Seebeck 계수가 표 1에 요약되어 있습니다. 이전 작업에서 제품 β일 때 무한히 큰 MTP가 예상된다고 제안했습니다. η -1 경향이 있습니다[16]. 위의 분석에서 제품 β η Py/Cu 나노와이어에 대한 RT 근처는 -0.1 근처로 추정되며, 따라서 그림 3d와 같이 MTP 및 MR의 유사한 크기를 발생시킵니다.

결론

요약하면, 균일한 Ni, NiFe 합금 및 Py/Cu 다층 나노와이어 네트워크의 대규모 합성은 3D 다공성 폴리머 템플릿으로의 전착에 의해 이루어졌습니다. 우리는 MR의 MTP와 비교하여 Ni NW의 MTP에 대해 5%의 예상치 못한 높은 값을 발견했습니다(~ 1.5%). NiFe 합금 나노와이어 네트워크는 최대 약 – 45 μ의 큰 열전력을 표시합니다. Ni₆₀에 대한 V/K Fe₄₀ 실온에서. Py/Cu NW는 저온에서 50%를 초과하는 현재 평면에 수직인 기하학에서 거대한 자기저항 및 자기열전 효과를 나타냅니다. 우리는 또한 –12.3 μ의 큰 스핀 종속 Seebeck 계수를 발견했습니다. 금속 자기 다층에 대해 이전에 보고된 값보다 큰 실온에서의 V/K. 전착을 통해 기하학적으로 설계된 자기 나노와이어 및 다층을 제조하는 용이성과 우수한 전기 및 열전 특성 덕분에 이러한 3D NW 네트워크는 매우 가볍고 유연한 스핀 열량 전자 장치로 사용할 수 있는 큰 잠재력을 보여줍니다. 이러한 효과는 예를 들어 전자 장치에서 발생하는 폐열의 에너지를 사용 및 변환하거나 반대로 전자 장치에 대한 능동 냉각 솔루션을 제공함으로써 적용될 수 있습니다.

데이터 및 자료의 가용성

현재 연구 중에 사용 및/또는 분석된 데이터 세트는 합당한 요청이 있는 경우 교신 저자에게 제공됩니다.

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