本文へスキップ

Publication

主要論文(抜粋)/Selected Papers


⇒全論文リスト/Full list of publications

  1. K. Uchida, S. Takahashi, K. Harii, J. Ieda, W. Koshibae, K. Ando, S. Maekawa, and E. Saitoh,
    “Observation of the spin Seebeck effect”
    Nature 455, 778-781 (2008).
    熱流によるスピン流生成現象「スピンゼーベック効果」を発見した。スピンゼーベック効果を電気的に検出する手法を確立し、強磁性金属に温度差を付けることでスピン流を生成可能であることを初めて明らかにした。
    Nature Digestにも掲載： 熱で磁気の流れを作るスピンゼーベック効果を発見！
  2. Y. Kajiwara, K. Harii, S. Takahashi, J. Ohe, K. Uchida, M. Mizuguchi, H. Umezawa, H. Kawai, K. Ando, K. Takanashi, S. Maekawa, and E. Saitoh,
    “Transmission of electrical signals by spin-wave interconversion in a magnetic insulator”
    Nature 464, 262-266 (2010).
    磁性絶縁体/常磁性金属界面におけるスピン流交換を実証し、絶縁体中のスピン流を用いた電気信号伝送を実現した。

  3. K. Uchida, J. Xiao, H. Adachi, J. Ohe, S. Takahashi, J. Ieda, T. Ota, Y. Kajiwara, H. Umezawa, H. Kawai, G. E. W. Bauer, S. Maekawa, and E. Saitoh,
    “Spin Seebeck insulator”
    Nature Materials 9, 894-897 (2010).
    スピンゼーベック効果が金属のみならず絶縁体においても発現することを見出した。スピンゼーベック効果と量子相対論的効果（逆スピンホール効果）を組み合わせることで、従来は不可能だった「絶縁体を用いた熱電発電」を実現した。
  4. K. Uchida, H. Adachi, T. Ota, H. Nakayama, S. Maekawa, and E. Saitoh,
    “Observation of longitudinal spin-Seebeck effect in magnetic insulators”
    Applied Physics Letters 97, 172505 (2010).
    スピンゼーベック効果の汎用性の高い測定法「縦型セットアップ」を提案・実証した。
  5. K. Uchida, H. Adachi, T. An, T. Ota, M. Toda, B. Hillebrands, S. Maekawa, and E. Saitoh,
    “Long-range spin Seebeck effect and acoustic spin pumping”
    Nature Materials 10, 737-741 (2011).
    スピンゼーベック効果によって強磁性金属中に生成されたスピン流の長距離分布が、非平衡フォノンの長距離伝播とマグノン-フォノン相互作用によって発現していることを明らかにした。また、マグノン-フォノン相互作用を利用することで、磁性体への音波注入によるスピン流生成「音響スピンポンピング」を実証した。
  6. K. Uchida, T. An, Y. Kajiwara, M. Toda, and E. Saitoh,
    “Surface-acoustic-wave-driven spin pumping in Y3Fe5O12/Pt hybrid structure”
    Applied Physics Letters 99, 212501 (2011). [Cover of APL Volume 99, Issue 21]
    表面弾性波によって駆動される音響スピンポンピングを観測した。
  7. A. Kirihara, K. Uchida, Y. Kajiwara, M. Ishida, Y. Nakamura, T. Manako, E. Saitoh, and S. Yorozu,
    “Spin-current-driven thermoelectric coating”
    Nature Materials 11, 686-689 (2012).
    スピンゼーベック効果によって駆動される塗布型熱電変換素子を開発した。塗布プロセスを利用することで、安価なガラス基板上にも高品質な単結晶薄膜熱電変換素子を作製可能であることを実証した。

  8. T. Kikkawa, K. Uchida, Y. Shiomi, Z. Qiu, D. Hou, D. Tian, H. Nakayama, X.-F. Jin, and E. Saitoh
    “Longitudinal spin Seebeck effect free from the proximity Nernst effect“
    Physical Review Letters 110, 067207 (2013). arXiv:1211.0139
    スピンゼーベック効果と異常ネルンスト効果を分離するための測定法を考案した。本手法により、Pt/Y3Fe5O12接合系においてはスピンゼーベック効果の寄与が支配的であり、磁気的近接効果に伴うPt中の異常ネルンスト効果の寄与は無視できるほど小さいことを示した。

  9. T. An, V. I. Vasyuchka, K. Uchida, A. V. Chumak, K. Yamaguchi, K. Harii, J. Ohe, M. B. Jungfleisch, Y. Kajiwara, H. Adachi, B. Hillebrands, S. Maekawa, and E. Saitoh,
    “Unidirectional spin-wave heat conveyer“
    Nature Materials 12, 549-553 (2013).
    磁性体中の表面スピン波を用いた熱輸送現象を観測した。表面スピン波が有する非相反性により、熱エネルギーの輸送方向を制御可能であることを実証した。
  10. H. Nakayama, M. Althammer, Y.-T. Chen, K. Uchida, Y. Kajiwara, D. Kikuchi, T. Ohtani, S. Geprägs, M. Opel, S. Takahashi, R. Gross, G. E. W. Bauer, S. T. B. Goennenwein, and E. Saitoh,
    “Spin Hall magnetoresistance induced by a non-equilibrium proximity effect“
    Physical Review Letters 110, 206601 (2013). [Editors' Suggestion] arXiv:1211.0098
    スピンホール効果を起源とする磁気抵抗効果を観測した。

  11. K. Uchida, T. Kikkawa, A. Miura, J. Shiomi, and E. Saitoh,
    “Quantitative temperature dependence of longitudinal spin Seebeck effect at high temperatures“
    Physical Review X 4, 041023 (2014). arXiv:1408.2972
    スピンゼーベック効果の温度依存性を定量的に評価するための実験手法を考案・実証し、高温領域における振る舞いを系統的に調べた。
  12. K. Uchida, H. Adachi, D. Kikuchi, S. Ito, Z. Qiu, S. Maekawa, and E. Saitoh,
    “Generation of spin currents by surface plasmon resonance“
    Nature Communications 6, 5910 (2015).
    表面プラズモン共鳴を用いた光-スピン流変換を実証した。本現象はスピンゼーベック効果や音響スピンポンピングと同様に磁性絶縁体/金属接合界面において発現するため、単一デバイスにおいて光・熱・音波などの様々なエネルギーをスピン流・電流生成源として用いることが原理的に可能になった。
    Nature Communications「注目の論文」に選定： 表面プラズモン共鳴によるスピン流生成
    日経エレクトロニクス誌に紹介記事が掲載： 熱や音、光のエネルギーを、１つの素子で微小電力へ
  13. R. Ramos, T. Kikkawa, M. H. Aguirre, I. Lucas, A. Anadón, T. Oyake, K. Uchida, H. Adachi, J. Shiomi, P. A. Algarabel, L. Morellón, S. Maekawa, E. Saitoh, and M. R. Ibarra,
    “Unconventional scaling and significant enhancement of the spin Seebeck effect in multilayers“
    Physical Review B 92, 220407(R) (2015). [Rapid Communication] arXiv:1503.05594
    磁性絶縁体と金属の交互積層多層膜において、積層数の増加に伴いスピンゼーベック効果が飛躍的に増大することを明らかにした。

  14. D. Hou, Z. Qiu, R. Iguchi, K. Sato, E. K. Vehstedt, K. Uchida, G. E. W. Bauer, and E. Saitoh,
    “Observation of temperature-gradient-induced magnetization“
    Nature Communications 7, 12265 (2016). arXiv:1503.00816
    温度勾配によって生成された非平衡スピン蓄積に伴う異常ホール信号を観測した。

  15. Z. Qiu, J. Li, D. Hou, E. Arenholz, A. T. N'Diaye, A. Tan, K. Uchida, K. Sato, S. Okamoto, Y. Tserkovnyak, Z. Q. Qiu, and E. Saitoh,
    “Spin-current probe for phase transition in an insulator“
    Nature Communications 7, 12670 (2016). arXiv:1505.03926
    Pt/反強磁性体/Y3Fe5O12三層構造におけるスピンポンピングの温度依存性を系統的に測定し、スピン流強度から反強磁性中間層の磁気転移温度を決定できることを示した。

  16. T. Kikkawa, K. Shen, B. Flebus, R. A. Duine, K. Uchida, Z. Qiu, G. E. W. Bauer, and E. Saitoh,
    “Magnon polarons in the spin Seebeck effect“
    Physical Review Letters 117, 207203 (2016). [Editors' Suggestion] arXiv:1607.02312
    マグノンとフォノンの共鳴的混成モード「マグノンポーラロン」によるスピンゼーベック効果の変調信号を観測した。

  17. S. Daimon, R. Iguchi, T. Hioki, E. Saitoh, and K. Uchida,
    “Thermal imaging of spin Peltier effect“
    Nature Communications 7, 13754 (2016).
    スピン流による熱流生成現象「スピンペルチェ効果」のイメージング計測を実現した。スピンペルチェ効果に伴う温度変化はスピン注入源近傍に局在した特異な空間分布を示すことを実証し、この振る舞いが強磁性体/常磁性体接合界面を流れるスピン流によって生じる「双極子型熱源」に由来することを見出した。

  18. D. Hirobe, M. Sato, T. Kawamata, Y. Shiomi, K. Uchida, R. Iguchi, Y. Koike, S. Maekawa, and E. Saitoh,
    “One-dimensional spinon spin currents“
    Nature Physics 13, 30-34 (2017). arXiv:1609.06410
    量子スピン系におけるスピノンによって駆動されるスピンゼーベック効果を観測した。

  19. S. Ishii, K. Uchida, T. D. Dao, Y. Wada, E. Saitoh, and T. Nagao,
    “Wavelength-selective spin-current generator using infrared plasmonic metamaterials“
    APL Photonics 2, 106103 (2017). [Featured]
    赤外領域に共鳴波長を有するプラズモニックメタマテリアルをスピン流素子に組み込むことにより、波長選択型の光-スピン流変換を実現した。

  20. T. Seki, R. Iguchi, K. Takanashi, and K. Uchida,
    “Visualization of anomalous Ettingshausen effect in a ferromagnetic film: Direct evidence of different symmetry from spin Peltier effect“
    Applied Physics Letters 112, 152403 (2018).
    [Editor's Pick & Top Articles in Magnetics and Spintronics] arXiv:1709.05449
    磁性体において電流と磁化の両方に直交する方向に熱流が生じる現象「異常エッチングスハウゼン効果」を薄膜において初めて観測し、異常エッチングスハウゼン効果とスピンペルチェ効果の対称性の違いを熱電イメージング計測により明瞭に示した。

  21. K. Uchida, S. Daimon, R. Iguchi, and E. Saitoh,
    “Observation of anisotropic magneto-Peltier effect in nickel“
    Nature 558, 95–99 (2018).
    強磁性体におけるペルチェ係数が磁化と電流の相対角に依存する現象「異方性磁気ペルチェ効果」を観測することに世界で初めて成功した。ペルチェ効果で加熱・冷却するためには、これまで２つの異なる物質を接合した構造が用いられてきたが、本研究により、接合のない単一の物質において、その磁気的な性質のみによって熱制御できる新しい機能が実証された。

  22. R. Das and K. Uchida,
    “Thermopile based on anisotropic magneto-Peltier effect“
    Applied Physics Letters 114, 082401 (2019). [Editor's Pick] arXiv:1901.03063
    異方性磁気ペルチェ効果のためのサーモパイル構造を提案し、プロトタイプ素子を用いて単一の強磁性金属ワイヤーよりもはるかに大きな温度変化を誘起できることを実証した。

  23. H. Nakayama, T. Nakatani, R. Iguchi, T. Seki, and K. Uchida,
    “Direct observation of magneto-Peltier effect in current-in-plane giant magnetoresistive spin valve“
    Applied Physics Letters 115, 092406 (2019). [Featured]
    CIP-GMR素子における磁気ペルチェ効果の直接観測に初めて成功し、その熱制御機能を明らかにした。

  24. A. Miura, H. Sepehri-Amin, K. Masuda, H. Tsuchiura, Y. Miura, R. Iguchi, Y. Sakuraba, J. Shiomi, K. Hono, and K. Uchida,
    “Observation of anomalous Ettingshausen effect and large transverse thermoelectric conductivity in permanent magnets“
    Applied Physics Letters 115, 222403 (2019). [Editor's Pick] arXiv:1910.03748
    実用永久磁石の一つであるサマリウムコバルト磁石が”垂直型”熱電変換材料として優れた特性を示すことを明らかにした。

  25. J. Wang, Y. K. Takahashi, and K. Uchida,
    “Magneto-optical painting of heat current“
    Nature Communications 11, 2 (2020).
    磁性体特有の熱電効果である「異常エッチングスハウゼン効果」と光磁気記録の原理である「全光型磁化反転現象」を融合することにより、磁性体に光を照射するだけで電流に伴う熱流の方向や分布を自在に制御できることを実証した。

  26. T. Yamazaki, R. Iguchi, T. Ohkubo, H. Nagano, and K. Uchida,
    “Transient response of the spin Peltier effect revealed by lock-in thermoreflectance measurements“
    Physical Review B 101, 020415(R) (2020). [Editors' Suggestion & Rapid Communication] arXiv:1910.13165
    ロックインサーモリフレクタンス法に基づく熱計測により、スピンペルチェ効果の過渡応答を明らかにし、スピン流-熱流変換の長さスケールを定量した。

  27. K. Uchida, M. Murata, A. Miura, and R. Iguchi,
    “Observation of the magneto-Thomson effect“
    Physical Review Letters 125, 106601 (2020). [Editors' Suggestion & Featured in Physics]
    磁場下の導電体においてトムソン係数が変化する熱電変換現象「磁気トムソン効果」の直接観測に世界で初めて成功した。BiSb合金におけるトムソン効果の熱電能は、磁場印加により飛躍的に向上することが明らかになった。
    米国物理学会のオンラインジャーナル"Physics"における特集記事： Thermal Imaging of the Thomson Effect

  28. Q. Li, A. Diaz-Alvarez, R. Iguchi, J. Hochstetter, A. Loeffler, R. Zhu, Y. Shingaya, Z. Kuncic, K. Uchida, and T. Nakayama,
    “Dynamic electrical pathway tuning in neuromorphic nanowire networks“
    Advanced Functional Materials 30, 2003679 (2020).
    自己組織化ニューロモーフィックネットワーク中に形成された電流経路の可視化を実現し、動的な経路再形成特性を明らかにした。

  29. H. Masuda, R. Modak, T. Seki, K. Uchida, Y.-C. Lau, Y. Sakuraba, R. Iguchi, and K. Takanashi,
    “Large spin-Hall effect in non-equilibrium binary copper alloys beyond the solubility limit“
    Communications Materials 1, 75 (2020).
    コンビナトリアル成膜技術と動的熱イメージング技術を組み合わせたスピン流-電流変換能のハイスループットスクリーニング法を駆使して、大きなスピンホール効果を示す非平衡Cu-Ir合金を発見した。

  30. T. Seki, Y. Sakuraba, K. Masuda, A. Miura, M. Tsujikawa, K. Uchida, T. Kubota, Y. Miura, M. Shirai, and K. Takanashi,
    “Enhancement of the anomalous Nernst effect in Ni/Pt superlattices“
    Physical Review B 103, L020402 (2021). [Letter] arXiv:2009.11006
    Ni/Pt金属人工格子において、Ni単体と比較して異常ネルンスト効果が飛躍的に増大することを見出した。

  31. T. Hirai, H. Sepehri-Amin, K. Hasegawa, T. Koyama, R. Iguchi, T. Ohkubo, D. Chiba, and K. Uchida,
    “Strain-induced cooling-heating switching of anisotropic magneto-Peltier effect“
    Applied Physics Letters 118, 022403 (2021).
    [Featured & Cover of APL Volume 118, Issue 2]
    異方性磁気ペルチェ効果によって生成された温度変化の符号を歪によって能動的に制御することに成功した。

  32. W. Zhou, K. Yamamoto, A. Miura, R. Iguchi, Y. Miura, K. Uchida, and Y. Sakuraba,
    “Seebeck-driven transverse thermoelectric generation“
    Nature Materials 20, 463-467 (2021).
    ゼーベック効果によって駆動される新機構の“横型”熱電変換を提案・実証した。熱電/磁性複合材料の導入により、異常ネルンスト係数の世界記録よりも1桁大きな横熱電能を室温で観測した。

  33. H. Nakayama, B. Xu, S. Iwamoto, K. Yamamoto, R. Iguchi, A. Miura, T. Hirai, Y. Miura, Y. Sakuraba, J. Shiomi, and K. Uchida,
    “Above-room-temperature giant thermal conductivity switching in spintronic multilayers“
    Applied Physics Letters 118, 042409 (2021). arXiv:2011.14558
    強磁性/常磁性金属多層膜において、室温で150%もの熱伝導率変化比に達する巨大磁気熱抵抗効果を観測した。

  34. G. E. W. Bauer, R. Iguchi, and K. Uchida,
    “Theory of transport in ferroelectric capacitors“
    Physical Review Letters 126, 187603 (2021).
    強誘電体における電気分極流（電気双極子流）と熱流の拡散理論を構築し、電気分極流によって駆動されるゼーベック効果・ペルチェ効果を提案した。

  35. Y. Kainuma, R. Iguchi, D. Prananto, V. I. Vasyuchka, B. Hillebrands, T. An, and K. Uchida,
    “Local heat emission due to unidirectional spin-wave heat conveyer effect observed by lock-in thermography“
    Applied Physics Letters 118, 222404 (2021). [Editor's Pick] arXiv:2103.03694
    非相反表面スピン波に伴う熱生成分布を明らかにすると共に、スピン波熱移送効果を用いることで空間ギャップを介した熱生成が可能になることを示した。

  36. S. Ishii, A. Miura, T. Nagao, and K. Uchida,
    “Simultaneous harvesting of radiative cooling and solar heating for transverse thermoelectric generation“
    Science and Technology of Advanced Materials 22, 441-448 (2021).
    [Editor's Choice & Cover of STAM Volume 22]
    放射冷却と太陽光加熱を同時に利用して、横型熱電素子を定常的に駆動できることを実証した。

  37. P. Tang, R. Iguchi, K. Uchida, and G. E. W. Bauer,
    “Thermoelectric polarization transport in ferroelectric ballistic point contacts“
    Physical Review Letters 128, 047601 (2022). arXiv:2105.14791
    強誘電体における電気双極子流と熱流の散乱理論を構築し、電気分極のバリスティック伝導領域におけるゼーベック効果・ペルチェ効果を定式化した。

  38. R. Modak, M. Murata, D. Hou, A. Miura, R. Iguchi, B. Xu, R. Guo, J. Shiomi, Y. Sakuraba, and K. Uchida,
    “Phase-transition-induced giant Thomson effect for thermoelectric cooling“
    Applied Physics Reviews 9, 011414 (2022). [Featured & AIP Scilight] arXiv:2111.02707
    反強磁性-強磁性相転移に伴う巨大トムソン効果を、ロックインサーモグラフィ法により直接観測した。NiドープFeRh合金のトムソン係数は磁気相転移温度において-1000 μV/Kに迫る値に達していることを示した。

  39. T. Hirai, R. Iguchi, A. Miura, and K. Uchida,
    “Elastocaloric kirigami temperature modulator“
    Advanced Functional Materials 32, 2201116 (2022).
    「切り紙」加工により弾性熱量効果による温度変化分布を制御できる手法を提案・実証し、身近なプラスチック材料における局所的な加熱・冷却能を大幅に向上できることを示した。

  40. P. Tang, R. Iguchi, K. Uchida, and G. E. W. Bauer,
    “Excitations of the ferroelectric order“
    Physical Review B 106, L081105 (2022). [Letter] arXiv:2203.06367
    強誘電体における非調和性と反転対称性の破れによって誘起される電気双極子を運ぶボゾン励起（フェロン）に関する基礎理論を構築しました。

  41. A. Alasli, T. Hirai, H. Nagano, and K. Uchida,
    “Measurements of thermoelectric figure of merit based on multi-harmonic thermal analysis of thermographic images“
    Applied Physics Letters 121, 154104 (2022).
    [Featured & Cover of APL Volume 121, Issue 15]
    ロックインサーモグラフィ法に基づく熱電性能指数のハイスループット評価法の計測・解析プロセスを発展させ、ゼーベック効果のみならず磁気ゼーベック効果やネルンスト効果の性能指数まで決定できることを示した。

  42. B. L. Wooten, R. Iguchi, P. Tang, J. S. Kang, K. Uchida, G. E. W. Bauer, and J. P. Heremans,
    “Electric field-dependent phonon spectrum and heat conduction in ferroelectrics“
    Science Advances 9, eadd7194 (2023).
    強誘電体において電界に依存した熱伝導率のスイッチング現象を観測し、その振る舞いが電気双極子の集団励起モードであるフェロンによる熱輸送に起因することを明らかにした。


レビュー論文/Review papers

  1. H. Adachi, K. Uchida, E. Saitoh, and S. Maekawa,
    “Theory of the spin Seebeck effect”
    Reports on Progress in Physics 76, 036501 (2013). arXiv:1209.6407

  2. S. Maekawa, H. Adachi, K. Uchida, J. Ieda, and E. Saitoh,
    “Spin current: Experimental and theoretical aspects“
    Journal of the Physical Society of Japan 82, 102002 (2013).

  3. K. Uchida, M. Ishida, T. Kikkawa, A. Kirihara, T. Murakami, and E. Saitoh,
    “Longitudinal spin Seebeck effect: from fundamentals to applications“
    Journal of Physics: Condensed Matter 26, 343202 (2014).

  4. K. Uchida, H. Adachi, T. Kikkawa, A. Kirihara, M. Ishida, S. Yorozu, S. Maekawa, and E. Saitoh,
    “Thermoelectric generation based on spin Seebeck effects“
    Proceedings of the IEEE 104, 1946-1973 (2016). arXiv:1604.00477

  5. K. Uchida,
    “Spin Peltier effect: Controlling heat through electron spins“
    AAPPS Bulletin 28, 34-41 (2018).

  6. K. Uchida,
    “Transport phenomena in spin caloritronics“
    Proceedings of the Japan Academy, Series B 97, 69-88 (2021).

  7. K. Uchida, W. Zhou, and Y. Sakuraba,
    “Transverse thermoelectric generation using magnetic materials“
    Applied Physics Letters 118, 140504 (2021). [Perspective & Featured]
    arXiv:2102.04183

  8. K. Uchida and R. Iguchi,
    “Spintronic thermal management“
    Journal of the Physical Society of Japan 90, 122001 (2021). [JPS Hot Topics]
    arXiv:2111.02043

  9. M.-H. Phan, M. T. Trinh, T. Eggers, V. Kalappattil, K. Uchida, L. M. Woods, and M. Terrones,
    “A perspective on two-dimensional van der Waals opto-spin-caloritronics“
    Applied Physics Letters 119, 250501 (2021). [Perspective]

  10. K. Uchida,
    “Anisotropy boosts transverse thermoelectrics (News & Views)“
    Nature Materials 21, 136-137 (2022).

  11. K. Uchida and J. P. Heremans,
    “Thermoelectrics: from longitudinal to transverse“
    Joule 6, 2240-2245 (2022). arXiv:2207.05005

contents

Access

〒305-0047
茨城県つくば市千現1-2-1
国立研究開発法人
物質・材料研究機構
磁性・スピントロニクス材料研究拠点
スピンエネルギーグループ

Spin Caloritronics Group
Research Center for Magnetic and Spintronic Materials (CMSM)
National Institute for Materials Science (NIMS)
1-2-1 Sengen, Tsukuba, Ibaraki 305-0047, JAPAN




NIMS NOW 2018 No.4
「ゆらぐスピンの舵をとれ」


NIMS NOW 2019 No.5
「材料科学者になる !
「NIMS大学院プログラム」のすゝめ」