1.1 自旋卡材料Spin caloritronics自从日本的Saito组2008年在Nature上报道自旋热电效应(spin Seebeck effect,
Nature2008v455p778)后,自旋、电荷与热共存的复杂体系研究开始升温,但美籍华人钱嘉陵的研究指出自旋热电效应即使存在也往往会被反常伦斯特效应所掩盖
PRL2011v107p216604,以至于观测到非本征的自旋热电效应。实际上,不仅如此,为了研究本征的自旋热电效应,自旋、电荷、热共存的复杂体系中海油磁依赖的热电效应、Hall效应、近邻效应、各向异性磁阻效应以及各向异性热导效应均需要被一一排除,如图03所示。
图03 自旋Seebeck效应的测量需注意事项图示
1.2 多铁性材料Multiferroics几十年来,室温单相多铁性材料除铁酸铋之外再难找到其他候选者,不过近两年,在韩国做博士后的柴一晟博士等人发现铁氧体可以在室温表现出优异的磁电耦合性能而有望率先进入实际应用(
PRL2010v104p037204;
PRL2012v108p177201),其耦合机制主要为铁氧体畴结构变化伴随的极化翻转特性,如图04所示。值得庆幸的是,柴一晟博士即将回国并成为本人的亲密同事,有理由相信我们在多铁性材料领域能有更大的进展。
图04 室温多铁性铁氧体的新进展
1.3 二维磁电子材料二维材料也曾经催生了N个诺贝尔物理学奖,如量子Hall效应、石墨烯等;其中石墨烯作为纯二维体系,自2004年发现以来就一直是前沿物理研究的热点(
Science2004v306p666),石墨烯是最薄最轻的材料(比表面积2630m2/g)、强度最大最坚硬(与金刚石相当)、导热率最高(3000-5000W/mk)、耐高电流密度(1e8A/cm2)。作为二维电子材料,它的一个显著优势是在室温就可以实现GaAs二维电子气在mK温度下才能展现的量子效应,如图05所示。石墨烯唯一不足的地方是可控制备以及器件加工非常困难,不过本人在会上问Geim这个问题,他回答石墨烯当前的制备可以做到可控制备,而且可控程度还会越来越高。
图05 三类基本的二维电子材料简单对照