磁性材料是構(gòu)成現(xiàn)代工業(yè)的重要基礎性材料，在永磁電機、磁制冷、磁傳感、信息存儲、熱電器件等領(lǐng)域扮演著重要角色。在自旋電子學前沿領(lǐng)域，利用磁性材料中的磁矩引入額外對稱性破缺效應是研究熱點。

近日，中國科學院半導體研究所半導體超晶格國家重點實驗室的朱禮軍團隊在單晶CoFe (001)薄膜器件中觀測到各向異性的平面能斯特效應（Planar Nernst Effect），其強度隨 (001) 晶面的晶格方向強烈變化并呈現(xiàn)面內(nèi)雙軸各向異性（圖1）。當磁矩在外磁場驅(qū)動下在薄膜材料平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，電流產(chǎn)生的溫度梯度導致的平面能斯特電壓表現(xiàn)為一個sin2φ依賴的二次諧波橫向電壓信號（φ為磁矩相對電流的夾角）。這種各向異性平面能斯特效應被認為主要起源于內(nèi)稟的能帶交疊效應，可能對諧波霍爾電壓、自旋扭矩鐵磁共振、自旋塞貝克等自旋電子學實驗的分析產(chǎn)生重要影響（圖2），有望應用于能量收集電池和溫度傳感器等。然而，這種平面能斯特效應的各項異性并未導致任何極化方向的非平衡自旋流（Spin Current）或自旋軌道矩（Spin-Orbit Torque）的產(chǎn)生。

相關(guān)研究成果以Absence of Spin-Orbit Torque and Discovery of Anisotropic Planar Nernst Effect in CoFe Single Crystal為題，發(fā)表在《科學進展》（Advanced Science）上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金委面上項目和中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項的支持。

圖1. （a）雙十字霍爾器件中的平面能斯特效應；（b）CoFe (001)平面能斯特電壓的各向異性。

圖2. 各向異性平面能斯特效應對（a）諧波霍爾電壓、（b）自旋塞貝克、（c）自旋扭矩-鐵磁共振等自旋電子實驗的廣泛影響及其在（d）熱電器件方面的應用案例。