Manufaktur industri
Industri Internet of Things | bahan industri | Pemeliharaan dan Perbaikan Peralatan | Pemrograman industri |
home  MfgRobots >> Manufaktur industri >  >> Industrial materials >> bahan nano

Fenomena Termoelektrik Tergantung Spint yang Signifikan dalam Jaringan Nanowires NiFe

Abstrak

Jaringan nanowires (NW) berlapis NiFe dan NiFe/Cu ditumbuhkan menggunakan metode sintesis elektrokimia bantu cetakan. Jaringan NW logam NiFe menunjukkan daya termo listrik yang besar, yang sebagian besar terjaga dalam geometri arus tegak lurus ke bidang jaringan NW berlapis. Efek magneto-termopower (MTP) raksasa telah divisualisasikan dalam jaringan NW berlapis NiFe/Cu dengan nilai 25% pada 300 K dan mencapai 60% sekitar 100 K. Koefisien Seebeck tergantung spint yang besar sebesar –12,3 μV/K diperoleh pada suhu kamar. Efek MTP yang besar menunjukkan pendekatan magnetik untuk mengontrol sifat termoelektrik perangkat fleksibel berbasis jaringan nanowires.

Pendahuluan

Efek termoelektrik dalam bahan spintronik aktif dikaji dalam bidang baru spin kaloritronik karena sifat fisik uniknya termasuk efek Seebeck spint, arus spint yang dihasilkan termal, dan transfer torsi spint bantu termal [1–7]. Selain itu, analog termoelektrik efek magnetoresistensi dalam berlapis magnetik, klep spint, dan sambungan terowong seperti efek magneto-Seebeck raksasa dan magneto-Peltier sangat menarik, karena dapat digunakan untuk mengaktifkan kontrol magnetik aliran panas dan tegangan termoelektrik untuk pemulihan panas buangan dari sirkuit elektronik [3, 8–13]. Efek termoelektrik tergantung spint yang besar yang dicapai dengan memodifikasi konfigurasi magnetisasi berlapis dengan medan magnetik eksternal memanfaatkan fakta bahwa koefisien Seebeck untuk elektron spint naik dan turun secara signifikan berbeda. Perbedaan koefisien Seebeck ini dikaitkan dengan pembelahan pertukaran d-band dalam logam feromagnetik (FM) transisi, sebagaimana diusulkan dari pekerjaan sebelumnya yang dilakukan pada logam magnetis yang dihaluskan [14, 15]. Saat mempertimbangkan efek Peltier, berarti bahwa sejumlah panas yang berbeda dibawa oleh elektron spint naik dan turun. Baru-baru ini terbukti bahwa jaringan nanowires (NW) magnetik yang saling terhubung yang dibuat dengan penendapan elektrokimia dalam film polimer nanoporos 3D menyediakan jalur menarik untuk membuat perangkat spin kaloritronik ringan, kokoh, fleksibel, dan dapat dibentuk dalam format serbaguna yang memenuhi persyaratan utama untuk stabilitas listrik, termal, dan mekanis [16, 17]. Selain itu, sintesis elektrokimia adalah metode yang kuat untuk membuat nanowires multikomponen dengan logam yang berbeda karena kesederhanaan rekayasa, serbaguna, dan biaya rendahnya [18–20]. Dalam jaringan nanowires skala sentimeter ini, konektivitas listrik sangat penting untuk mengizinkan aliran muatan di seluruh ukuran sampel. Sistem berbasis nanowires mengatasi kurangnya keandalan dan reproduktibilitas hasil yang diperoleh di nanopilar logam dan sambungan terowong magnetik [3, 9, 10, 12], yang terutama dapat disebabkan oleh resistensi kontak termal antara sampel skala nanos dan kolam termal yang menghasilkan gradien suhu. Jaringan nanowires 3D menjanjikan generator termoelektrik fleksibel yang menampilkan faktor daya termoelektrik yang sangat besar dan dapat dimodulasi magnetik. Modul termoelektrik konvensional terdiri dari bahan atau kaki termoelektrik tipe n dan p yang dipasangkan. Meskipun pekerjaan awal difokuskan pada sistem NW tipe n yang terbuat dari berlapis Co/Cu dan CoNi/Cu [16, 17], baru-baru ini terbukti bahwa logam NiCr yang dihaluskan menjanjikan untuk pembuatan kaki termoelektrik berbasis nanowires tipe p [21]. Dalam pekerjaan ini, kami melaporkan hasil eksperimental yang diperoleh pada film termoelektrik tipe n lainnya berdasarkan jaringan NW berlapis Ni, logam NiFe, dan Ni₈₀Fe₂₀/Cu yang saling terhubung. Nikel-besi adalah bahan magnetik lemah penting yang banyak digunakan dalam teknologi penyimpanan data magnetik. Logam NiFe dengan komposisi sampel yang dioptimalkan juga menunjukkan daya termo listrik yang besar di dekat suhu kamar. Selain itu, berlapis NiFe/Cu adalah sistem magnetoresistensi raksasa (GMR) yang terkenal [22]. Asal fisik GMR adalah sifat konduksi yang berbeda dari elektron spint mayoritas dan minoritas dalam berlapis magnetik. Melalui pengukuran magneto-termopower dan memanfaatkan fakta bahwa arsitektur nanowires cabang dari jaringan NW berlapis ini memungkinkan pengukuran listrik dalam geometri arus tegak lurus ke bidang (CPP), diperoleh penentuan yang akurat dari koefisien Seebeck tergantung spint dalam permalloy (Ni₈₀Fe₂₀).

Metode Eksperimen

Membran poros policarbonat (PC) dengan pori yang saling terhubung telah dibuat dengan mengekspos film PC tebal 22 μm pada proses iradiasi dua tahap [23, 24]. Topologi membran didefinisikan dengan mengekspos film pada tahap iradiasi pertama pada dua sudut tetap −25° dan +25° terhadap sumbu normal bidang film. Setelah memutar film PC dalam bidang sebesar 90°, tahap iradiasi kedua dilakukan pada aliran iradiasi sudut tetap yang sama untuk akhirnya membentuk jaringan nanochannel 3D. Selanjutnya, jejak laten diangkut secara kimia mengikuti protokol yang sebelumnya dilaporkan [25] untuk mendapatkan membran poros 3D dengan pori diameter 80 nm dan porositas volumetrik 3%. Kemudian, cetakan PC dilapisi di satu sisi menggunakan evaporator e-bam dengan berlapis logam Cr (3 nm)/Au (400 nm) untuk berfungsi sebagai katoda selama penendapan elektrokimia. Jaringan NW sebagian mengisi membran poros PC 3D. Nanowires logam NiFe dengan komposisi terkontrol dengan kandungan Fe di bawah 40% berhasil ditumbuhkan pada suhu kamar menggunakan larutan sulfat dan menendapkan pada berbagai potensial [26]. Selain itu, nanowires berlapis Py (permalloy, Ni₈₀Fe₂₀)/Cu yang diendapkan elektrokimia dibuat dari larutan sulfat tunggal yang mengandung ion Ni²⁺, Fe²⁺, dan Cu²⁺ dengan menggunakan teknik penendapan elektrokimia terpuls seperti yang dijelaskan dalam ref. [27]. Mengikuti prosedur yang dijelaskan di tempat lain [18], laju penendapan setiap logam ditentukan dari waktu pengisian pori. Ketebalan berlapis ditetapkan sebesar 10 nm dengan ketebalan yang hampir sama untuk lapisan Py dan Cu. Impuritas Cu hanya disatukan pada konten yang sangat terbatas (kurang dari 5%) dalam permalloy, seperti yang dievaluasi oleh analisis X-ray dispersif energi (EDX). Mikrostruktur nanowires NiFe tunggal dan NiFe/Cu yang ditumbuhkan dengan penendapan elektrokimia dalam nanopori sebelumnya telah diselidiki menggunakan difraksi sinar X dan mikroskop transmisi elektron analitik [28]. Gambar 1a mengilustrasikan fleksibilitas film perangkat spin kaloritronik berdasarkan jaringan nanowires yang saling terhubung. Film dapat dengan mudah diputar tanpa merusak sifat listriknya. Penglarutan kimia cetakan PC menggunakan diklorometana menghasilkan struktur logam mandiri yang saling terhubung (inset Gambar 1a) yang dengan setir mereplikasi cetakan poros 3D. Untuk melakukan pengukuran transportasi listrik dan termoelektrik, katoda secara lokal dihapus dengan etsing plasma untuk menciptakan desain dua probes yang cocok untuk pengukuran listrik seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1b, c [16, 29, 30]. Dalam konfigurasi ini, arus langsung diinjeksi ke struktur CNW cabang (sekitar 1 cm panjang) dari bagian cetakan logam yang tidak dietsing, di mana kontak listrik langsung dibuat dengan cat Ag, dan melalui jaringan NW tebal 20 μm berkat tingkat konektivitas listrik yang tinggi CNW. Selanjutnya, karena aliran arus listrik dan termal dibatasi sepanjang segmen nanowires, arus mengalir tegak lurus ke bidang lapisan dalam hal struktur berlapis. Nilai resistensi typikal dari sampel yang disiapkan berada dalam kisaran beberapa puluh ohm. Untuk setiap sampel, daya input dipertahankan di bawah 0,1 μW untuk menghindari pemanasan sendiri, dan resistensi diukur dalam jangkauan resistensi ohmiknya dengan resolusi satu bagian dalam 10⁵. Aliran panas dihasilkan oleh elemen resistif dan tegangan termoelektrik ΔV diciptakan oleh perbedaan suhu ΔT antara dua elektroda logam. Kabel tegangan terbuat dari kawat Chromel P tipis, dan kontribusi kabel ke daya termoelektrik yang diukur dikurangi menggunakan nilai daya termo mutlak Chromel P yang direkomendasikan dalam Basis Data Termokopel NIST ITS-90. Gradien suhu dipantau dengan termokopel diferensial tipe E berdiameter kecil. Sebuah perbedaan suhu typikal sebesar 1 K digunakan dalam pengukuran. Untuk pengukuran magnetoresistensi (MR) dan magneto-termopower (MTP), medan magnetik eksternal diterapkan pada arah keluar dari bidang (OOP) dan dalam bidang (IP) film jaringan NW (untuk lebih banyak detail lihat pengukuran termoelektrik dan faktor koreksi dalam Berkas Tambahan 1).

Fenomena Termoelektrik Tergantung Spint yang Signifikan dalam Jaringan Nanowires NiFe

a Fotografi perangkat spin kaloritronik fleksibel berbasis jaringan nanowires. Inset citra SEM menunjukkan struktur cabang nanowires dengan diameter sekitar 80 nm. Representasi skematis desain elektroda untuk pengukuran listrik (b) dan termoelektrik (c) jaringan NW yang saling terhubung. Inset Gambar 1b menunjukkan gambar skematis struktur berlapis Py/Cu. Panah merah mewakili arah aliran arus. Warna dalam c mewakili profil suhu yang dihasilkan dalam jaringan NW

Hasil dan Pembahasan

Daya termo mutlak pada suhu kamar (RT) jaringan NW Ni murni dan logam NiFe yang mengandung 20%, 30%, dan 40% Fe ditunjukkan pada Gambar 2a. Daya termo listrik meningkat terus dengan meningkatnya kandungan Fe, mencapai nilai antara –20 μV/K untuk Ni murni hingga sekitar –45 μV/K untuk Ni₆₀Fe₄₀. Bar kesalahan pada Gambar 2a disebabkan oleh ketidakpastian komposisi logam yang terkait dengan proses pelapisan elektro. Hasil ini sejalan dengan data eksperimental yang diperoleh pada logam NiFe bulk [31]. Oleh karena itu, logam NiFe dengan komposisi yang dapat disesuaikan halus potensialmente menghasilkan koefisien Seebeck yang secara signifikan lebih besar daripada logam feromagnetik murni seperti Co dan bahan termokopel seperti konstanta (Cu₅₅Ni₄₅: S≈ -38 μV/K). Kami juga mencatat bahwa nilai yang diukur untuk NW Py (S≈ -37 μV/K) sangat mirip dengan nilai bulk yang dilaporkan dalam literatur [32, 33]. Panel b dan c Gambar 2 menunjukkan ketergantungan medan magnetik RT resistensi dan daya termo listrik jaringan NW Ni dan Py dengan medan diterapkan pada arah IP dan OOP. Resistensi dan daya termo listrik sampel NW Py dan Ni menunjukkan ketergantungan medan magnetik yang sama pada kedua arah. Kurva R(H) cocok dengan efek magnetoresistensi anisotropik, yang disebabkan oleh anisotropi peluncuran spin-orbit dalam logam feromagnetik transisi. Efek ini mengakibatkan penurunan resistivitas saat sudut antara magnetisasi dan arah arus meningkat. Memang, aliran arus yang dibatasi sepanjang segmen NW, magnetisasi saturasi pada arah IP membuat sudut rata-rata ± 65° dengan arus. Sebaliknya, ketika magnetisasi tersaturasi pada arah OOP, sudut rata-rata antara magnetisasi dan aliran arus jauh lebih kecil (±25°). Oleh karena itu, penurunan resistensi dalam medan magnetik yang diterapkan eksternal meningkat ketika medan diterapkan pada arah IP. Jelas, status resistensi lebih rendah yang diharapkan untuk konfigurasi tegak lurus antara magnetisasi dan arus tidak dapat dicapai dalam jaringan NW ini. Pengamatan bahwa nilai mutlak daya termo listrik meningkat dengan meningkatnya medan magnetik melintang baik dalam jaringan NW Ni maupun logam NiFe juga sejalan dengan studi sebelumnya yang dilakukan pada NW tunggal [34]. Gambar 2d menunjukkan magnitudo magnetoresistensi dan magneto-termopower yang dievaluasi pada RT pada arah IP untuk jaringan NW Ni murni dan logam NiFe. Di sini, rasio MR dan MTP didefinisikan sebagai MR =(R(H=0)−R(Hsat))/R(H=0) dan MTP =(S(H=0)−S(Hsat))/S(H=0), dengan R(Hsat) dan S(Hsat) resistensi dan daya termo listrik pada H= 10 kOe, masing-masing. Untuk sampel logam NiFe, magnitudo rasio MTP baik sebanding atau lebih kecil (Py) daripada rasio MR. Nilai rasio MTP yang lebih kecil ini dibandingkan dengan rasio MR yang sesuai untuk jaringan NW Py sejalan dengan pengukuran yang dilakukan pada film tipis Py [35]. Sebaliknya, jaringan NW Ni menunjukkan efek MTP sebesar –5% yang jauh lebih besar daripada rasio MR sebesar 1,5%. Hasil ini sejalan dengan pengukuran sebelumnya yang dilakukan pada NW Ni tunggal, yang menunjukkan peningkatan efek MTP yang sama [34]. Menarik untuk dicatat bahwa untuk film tipis Ni, anisotropi yang diamati dari koefisien Seebeck memiliki magnitudo yang hampir sama dengan MR anisotropik (∼1,5%) [35]. Studi lebih lanjut diperlukan untuk memahami peningkatan MTP yang tidak terduga ini untuk NW Ni.

Fenomena Termoelektrik Tergantung Spint yang Signifikan dalam Jaringan Nanowires NiFe

a Variasi koefisien Seebeck terhadap kandungan Ni dalam jaringan NW NiFe (diameter 80 nm) pada suhu kamar. Nilai yang direkomendasikan untuk logam bulk [38] juga dilaporkan. b, c Variasi suhu kamar resistensi listrik dan koefisien Seebeck sampel NW Ni (b) dan Py (c) yang diperoleh dengan medan diterapkan dalam bidang (IP) dan keluar dari bidang (OOP) film jaringan NW. d Rasio MR dan MTP sebagai fungsi kandungan Ni dalam jaringan NW NiFe pada RT

Dalam berlapis FM/Cu, koefisien Seebeck pada arah tegak lurus ke lapisan dapat dihitung dari sifat transportasi yang sesuai menggunakan aturan Kirchhoff [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)

di mana SFM,Cu dan κFM,Cu mewakili daya termo listrik dan konduktivitas termal bahan feromagnetik dan Cu dan λ=tFM/tCu rasio ketebalan lapisan FM dan Cu. Menurut Eq. 1, S⊥ terutama ditentukan oleh daya termo listrik yang besar dari logam FM dalam hal rasio ketebalan λ tidak terlalu kecil karena SFMκCu≫SCuκFM.

Sebaliknya, koefisien Seebeck dari tumpukan berlapis FM/Cu pada arah sejajar dengan lapisan diberikan oleh

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

dengan ρFM dan ρCu sebagai resistivitas listrik yang sesuai. Dalam hal ini, daya termo listrik yang besar hanya dapat diperoleh dalam hal rasio ketebalan λ sangat besar. Perilaku kontras antara arah sejajar dan tegak lurus ke lapisan diilustrasikan pada Gambar 3a untuk berlapis Py/Cu menggunakan Eqs. 1 dan 2, dan nilai resistivitas serta daya termo listrik bulk permalloy [32, 33, 37, 38] (ρPy≈ 25 μΩcm, SPy= –35 μV/K) dan tembaga (ρCu= 1.6 μΩcm, SCu= 1.7 μV/K), serta konduktivitas termal yang diperkirakan dari hukum Wiedemann-Franz (κρ=LT, di mana T adalah suhu dan L adalah rasio Lorenz). Untuk kristal tunggal Py bulk, kontribusi jaringan yang relatif kecil terhadap konduktivitas termal diharapkan mengubah sedikit nilai yang diperkirakan. Meskipun nilai resistivitas listrik dan konduktivitas termal nanowires berlapis dapat bervariasi secara signifilan dari konstituen bulknya, perilaku kontras yang sama antara arah sejajar dan tegak lurus lapisan tetap ada. Jadi, nanowires berlapis dengan tumpukan bertindih bahan yang berbeda seperti Py dan Cu (lihat Gambar 3a) adalah calon yang menjanjikan untuk bahan termoelektrik yang baik.

Fenomena Termoelektrik Tergantung Spint yang Signifikan dalam Jaringan Nanowires NiFe

a Daya termo yang dihitung untuk berlapis Py/Cu pada arah sejajar (garis putus-putus) dan tegak lurus (garis padat) ke lapisan versus rasio ketebalan λ=tPy/tCu menggunakan Eqs. 1 dan 2 dan nilai bulk untuk koefisien transportasi. Garis putus-putus abu-abu menunjukkan nilai untuk λ= 1; inset menunjukkan tumpukan berlapis FM/Cu. b Variasi suhu kamar resistensi listrik dan koefisien Seebeck jaringan NW Py/Cu dalam medan magnetik yang diterapkan pada arah IP dan OOP. c Rasio MR dan MTP sebagai fungsi suhu dengan medan diterapkan pada bidang film jaringan NW. d Koefisien Seebeck yang diukur pada medan nol SAP (lingkaran penuh biru) dan pada medan magnetik saturasi SP (lingkaran terbuka merah), beserta S↑ (segitiga oranye) dan S↓ (segitiga ungu) yang dihitung yang sesuai dari Eqs. 5 dan 6 (lihat teks). Data yang diperoleh pada jaringan NW Py (diameter 80 nm) juga dilaporkan (persegi hijau). Bar kesalahan mencerminkan ketidakpastian pengukuran listrik dan suhu dan ditetapkan menjadi dua kali simpangan baku, mengumpulkan 95% variasi data

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3b, resistensi dan daya termo listrik jaringan NW Py/Cu menunjukkan ketergantungan medan magnetik yang sama pada arah OOP dan IP film jaringan NW. Sumbu mudah menunjuk pada arah OOP, dengan medan magnetik saturasi sekitar 1,8 kOe. Sampel ditemukan menunjukkan respons GMR yang besar (menggunakan definisi rasio GMR di mana efek MR dinormalkan ke status resistensi lebih rendah RP, yaitu, GMR =RAP/RP−1, dengan RAP dan RP sebagai resistensi yang sesuai dalam status resistensi tinggi dan rendah) mencapai nilai RT sebesar 20,5% dan 19% pada arah IP dan OOP, masing-masing. Perbedaan kecil ini dikaitkan dengan kontribusi magnetoresistensi anisotropik. Seperti yang diharapkan, daya termo RT yang diukur pada jaringan NW Py/Cu CPP-GMR dalam status saturasi (S≈ –25 μV/K pada arah IP) hanya sedikit lebih kecil daripada nilai yang ditemukan pada sampel Py homogen. Sebaliknya, koefisien Seebeck RT yang dilaporkan untuk berlapis NiFe/Cu dalam geometri CIP (∼-10 μV/K) jauh lebih kecil [39]. Selanjutnya, hanya pengukuran yang diperoleh pada bidang film jaringan NW yang dilaporkan. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3c, nilai mutlak magneto-termopower MTP =(SAP−SP)/SAP, dengan SAP dan SP daya termo difusi yang sesuai dalam status resistensi tinggi dan rendah, masing-masing, meningkat monoton dengan menurunnya suhu dengan cara yang mirip dengan rasio MR (didefinisikan sebagai MR =(RAP−RP)/RAP). Namun, sementara magnitudo efek serupa di dekat RT, MTP menunjukkan penguatan yang jelas pada kisaran suhu rendah. Perilaku ini berkontras dengan yang telah diamati pada jaringan NW Co/Cu dan CoNi/Cu, yang menunjukkan penurunan yang jelas dalam MTP-nya pada suhu rendah [16, 17]. Sekitar T= 50 K, MTP mencapai sekitar 70% untuk sampel Py/Cu, yang ditemukan 2 hingga 3 kali lebih besar daripada jaringan NW Co/Cu dan CoNi/Cu. Rasio GMR pada suhu rendah (∼60%) hanya sedikit lebih kecil daripada yang sebelumnya dilaporkan pada larik nanowires Py/Cu paralel [27, 40], sehingga menunjukkan bahwa film fleksibel CPP-GMR berkinerja tinggi berbasis jaringan nanowires dapat dibuat dengan metode bottom-up yang sederhana dan murah ini.

Dengan mempertimbangkan secara sederhana jalur arus paralel dari elektron spint naik dan turun [41], daya termo yang sesuai dalam status resistensi tinggi dan rendah, SAP dan SP, cukup diberikan oleh:

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

dan:

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

di mana resistivitas terpisah ρ↑ dan ρ↓ dan koefisien Seebeck S↑ dan S↓ didefinisikan untuk saluran spint mayoritas dan minoritas. Oleh karena itu, koefisien Seebeck tergantung spint, S↑ dan S↓ dapat diekspresikan sebagai berikut [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)

di mana β=(ρ↓−ρ↑)/(ρ↓+ρ↑) menandakan koefisien asimetri spint untuk resistivitas. Perkiraan kasar β= 0,6 pada suhu rendah menggunakan β=MR1/2 sejalan dengan hasil sebelumnya dari eksperimen CPP-GMR yang dilakukan pada berlapis Py/Cu [42]. Dari Eqs. 5 dan 6, dapat dengan mudah disimpulkan bahwa S↑=SP dan S↓=SAP dalam batas rasio MR yang sangat besar (β→1). Gambar 3d menunjukkan evolusi suhu dari SAP, SP, S↑, dan S↓. Di bawah RT, berbagai koefisien Seebeck hampir menurun secara linear dengan menurunnya suhu, yang mengindikasikan dominansi daya termo difusi. Data yang diperoleh pada jaringan NW Py homogen juga ditunjukkan pada Gambar 3d untuk perbandingan. Untuk nanowires permalloy, magnitudo koefisien Seebeck mendekati yang diperkirakan untuk S↑, seperti yang diharapkan dari Eq. 4. Nilai RT untuk koefisien Seebeck tergantung spint ΔS=S↑−S↓ sebesar –12,3 μV/K dalam jaringan NW Py/Cu lebih besar daripada yang sebelumnya diperoleh untuk nanowires Co/Cu dan CoNi/Cu [16, 17]. Ini juga jauh lebih besar daripada yang secara tidak langsung diperkirakan dari pengukuran yang dilakukan pada nanopilar Py/Cu/Py dan perangkat klep spint lateral menggunakan model elemen hingga 3D [3, 11]. Dalam eksperimen sebelumnya ini pada struktur nano Py/Cu, sulit untuk menentukan dan/atau menghilangkan resistensi kontak termal, sumber utama kesalahan, dan simulasi sering diperlukan untuk memperkirakan gradien suhu di atas tumpukan berlapis. Koefisien Seebeck tergantung spint suhu kamar dari berbagai sistem berlapis magnetik diringkas dalam Tabel 1. Dalam pekerjaan sebelumnya, disarankan bahwa MTP tak hingga diharapkan ketika produk βη cenderung –1 [16]. Dari analisis di atas, produk βη di dekat RT untuk nanowires Py/Cu diperkirakan sekitar –0,1, sehingga menghasilkan magnitudo MTP dan MR yang serupa, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3d.

Kesimpulan

Secara ringkasan, sintesis skala besar jaringan nanowires berlapis Ni, logam NiFe, dan Py/Cu seragam dilakukan dengan penendapan elektrokimia ke dalam cetakan polimer poros 3D. Kami menemukan nilai yang tidak terduga sebesar 5% untuk MTP nanowires Ni dibandingkan dengan MR (∼ 1,5%). Jaringan nanowires logam NiFe menampilkan daya termo listrik yang besar, hingga sekitar – 45 μV/K untuk Ni₆₀Fe₄₀ pada suhu kamar. Nanowires Py/Cu menunjukkan magnetoresistensi raksasa dan efek termoelektrik magneto dalam geometri arus tegak lurus ke bidang, yang melebihi 50% pada suhu rendah. Kami juga menemukan koefisien Seebeck tergantung spint yang besar sebesar –12,3 μV/K pada suhu kamar, yang lebih besar daripada nilai yang sebelumnya dilaporkan pada berlapis magnetik logam. Berkat kemudahan untuk membuat nanowires dan berlapis magnetik yang dirancang secara geometris dengan penendapan elektrokimia, dan sifat listrik serta termoelektrik yang luar biasa, jaringan nanowires 3D ini menunjukkan potensi besar untuk digunakan sebagai perangkat spin kaloritronik yang sangat ringan dan fleksibel. Efek-efek ini dapat diterapkan, misalnya, dengan menggunakan dan mengubah energi panas buangan yang terjadi dalam perangkat elektronik atau sebaliknya untuk menyediakan solusi pendingin aktif untuk perangkat elektronik.

Ketersediaan Data dan Bahan

Kumpulan data yang digunakan dan/atau dianalisis selama studi saat ini tersedia dari penulis yang beranggung jawab atas permintaan yang wajar.

bahan nano

  1. Memahami Konstruksi Relay: Dari Solenoid hingga Aplikasi Industri
  2. Elektromagnetisme: Dari Penemuan Oersted hingga Aplikasi Modern
  3. Menganalisis Respons Rangkaian terhadap Sumber Multi-Frekuensi
  4. Terobosan IBM: Transport Elektron Balistik pada Persimpangan Silang Nanowire InAs
  5. Nanodiam: Sensor Magnet yang Sangat Tepat untuk Aplikasi Biomedis dan Kuantum
  6. Nanokelompok Mengaktifkan Gelombang Plasmonik Magnet Melebihi Batas Difraksi
  7. Nanopartikel Spinel FeMn₂O₄ Doped Kobalt: Sintesis Terkontrol Ukuran dan Perilaku Magnet
  8. Feromagnetik Induksi Perkolasi dalam Nanopartikel Tantalat Kalium dan Niobate
  9. Mikro-lingkungan Asam dalam Liposom Secara Signifikan Meningkatkan Stabilitas Kurkumin dan Efikasi Antikanker
  10. Dampak Interaksi Magneto-Dipol terhadap Laju Serapan Spesifik Assembly Nanopartikel Besera Oksida