自旋能斯特效应(spin Nernst effect)描述了热流(温度梯度)直接产生横向自旋电流的现象。该效应是与自旋霍尔效应(SHE)相对应的一种热电效应,其很久之前就被理论预测。然而由于自旋电流本身无法直接测量,且热电效应的相关信号比较微弱,因此如何通过实验验证该效应一直是自旋电子学研究领域的挑战。
本工作基于W/CoFeB (5d重金属/磁性金属)双层膜中的自旋霍尔磁电阻效应的研究,将自旋霍尔磁电阻效应的物理机制运用到自旋能斯特效应的验证实验设计中,并搭建相关热电测试平台,成功通过实验验证了金属W膜中的自旋能斯特效应并解析了与其相关的物理参数,发现W膜中的自旋能斯特角与自旋霍尔角在数值上接近,但符号相反。即温度梯度施加在W膜上后,热电效应会在W膜内产生内建电场,该内建电场产生的自旋电流(即:自旋霍尔效应)与温度梯度直接产生的自旋电流(即:自旋能斯特效应)在数值上接近且方向一致,即二者效应会叠加。
本工作作为自旋电子学领域的重大突破,不仅解决了长久以来自旋能斯特效应只有理论预测而缺乏实验验证的问题,还为自旋电流的产生提供了新的实验途径。