Electrical and thermal transport coefficients of CoFe thin films deposited on a microcalorimeter

URN zum Zitieren dieses Dokuments:: urn:nbn:de:bvb:355-epub-352545
DOI zum Zitieren dieses Dokuments:: 10.5283/epub.35254

Srichandan, Sasmita

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Lizenz: Creative Commons Namensnennung 4.0 International
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Veröffentlichungsdatum dieses Volltextes: 02 Jan 2018 09:22

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Dokumentenart:	Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation)
Open Access Art:	Primärpublikation
Datum:	2 Januar 2018
Begutachter (Erstgutachter):	Prof. Dr. Christoph Strunk und Prof. Dr. Christian Back
Tag der Prüfung:	22 Dezember 2016
Institutionen:	Physik > Institut für Experimentelle und Angewandte Physik > Lehrstuhl Professor Weiss > Arbeitsgruppe Christoph Strunk
Stichwörter / Keywords:	Transport coefficients, ferromagnetic thin films, SiN based microcalorimeter, magnon drag thermopower, spin seebeck effect
Dewey-Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Status:	Veröffentlicht
Begutachtet:	Ja, diese Version wurde begutachtet
An der Universität Regensburg entstanden:	Ja
Dokumenten-ID:	35254

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Zusammenfassung (Englisch)

Zusammenfassung (Englisch)

Interaction of spin, charge and heat currents in micro/nano structures opens opportunities for improving the performance of thermoelectric devices and future generation memory devices. For example, in magnetic insulators, coupled interaction of magnons with heat current generates the so called spin-Seebeck effect while magnon degree of freedom is utilized to transmit and process information in the sub-field of magnonics. In parallel, in magnetic metals, the charge carrying electrons interact with magnons and phonons to generate effects such as spin transfer torque and spin-dependent Seebeck effect. In the heart of the research on future generation thermoelectric and memory devices, lies the interplay of electrons, phonons and magnons along with external parameters of magnetization and thermal current. In this thesis, the roles played by the electrons, phonons and magnons in generating various electrical, thermal and magneto-thermal transport properties has been studied in ferromagnetic alloy thin films. Emphasis has been given to the development and utilization of SiN membrane based suspended microcalorimeter. In CoFe thin films, resistivity, thermopower and thermal conductivity were measured in the temperature range of 25 K-296 K. Contribution of electron scattering from phonons and magnons to these transport coefficients has been separated. The change of sign of the magnon drag contribution to thermopower from Co-rich to Fe-rich side of the material has been discussed. Additionally simultaneous measurement of resistivity and thermal conductivity has facilitated studying the validity of Wiedemann-Franz law in these films. In a second alloy of Permalloy, observation of transverse magneto-thermoelectric effects in the presence of in-plane temperature gradient and magnetization has been discussed. Various competing effects have been separated depending on their angular dependencies. Together with the results from bulk substrates (see PhD thesis by M. Schmid), the existence of transverse spin Seebeck effect has been discarded.

Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)

Die Wechselwirkung von Spin-, Ladungs- und Wärmeströmen in Mikro- / Nanostrukturen eröffnet Möglichkeiten zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit von thermoelektrischen Bauelementen und zukünftigen Speichergeräten. Zum Beispiel erzeugt bei magnetischen Isolatoren die gekoppelte Wechselwirkung von Magnonen mit Wärmestrom den sogenannten Spin-Seebeck-Effekt, während ein Magnon-Freiheitsgrad zum Übertragen und Verarbeiten von Information in dem Teilfeld von Magnoniken verwendet wird. Parallel dazu wechselwirken in magnetischen Metallen die Ladungsträger Elektronen mit Magnonen und Phononen, um Effekte wie Spin-Transfer-Drehmoment und spin-abhängigen Seebeck-Effekt zu erzeugen. Im Mittelpunkt der Forschung zu Thermoelektrik- und Speicherbauelementen der Zukunft steht das Zusammenspiel von Elektronen, Phononen und Magnonen sowie externen Parametern der Magnetisierung und des thermischen Stroms. In dieser Arbeit wurden die Rollen, die von den Elektronen, Phononen und Magnonen bei der Erzeugung verschiedener elektrischer, thermischer und magneto-thermischer Transporteigenschaften gespielt wurden, in ferromagnetischen Legierungsdünnfilmen untersucht. Der Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung und Nutzung von SiN-Membran-hängendem Mikrokalorimeter. In CoFe wurden im Temperaturbereich von 25 K-296 K Dünnfilme, spezifischer Widerstand, Thermoleistung und Wärmeleitfähigkeit gemessen. Die Elektronenstreuung von Phononen und Magnonen zu diesen Transportkoeffizienten wurde getrennt. Die Veränderung des Vorzeichens des Magnon-Schlepp-Beitrags zur thermopower von der Co-reichen zur Fe-reichen Seite des Materials wurde diskutiert. Die gleichzeitige Messung von Widerstand und Wärmeleitfähigkeit ermöglichte die Untersuchung der Validität des Wiedemann-Franz-Gesetzes in diesen Filmen. In einer zweiten Legierung von Permalloy wurde die Beobachtung von transversalen magneto-thermoelektrischen Effekten in Gegenwart eines in der Ebene liegenden Temperaturgradienten und einer Magnetisierung diskutiert. Verschiedene konkurrierende Effekte wurden in Abhängigkeit von ihren Winkelabhängigkeiten getrennt. Zusammen mit den Ergebnissen von Bulk-Substraten (siehe Dissertation von M. Schmid) wurde die Existenz eines transversalen Spins-Seebeck-Effekts verworfen.

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