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自旋电子学(spintronics)主要研究电子自旋的属性及其在固体物理器件中的应用,包括了自旋流的产生、探测和控制等内容。在此基础上,最近几年越来越多的人开始关注电子自旋和热的相互作用,从而诞生新的研究领域——自旋热电子学(spin caloritronics)。目前发现,热电学中的各种效应基本都是和自旋相关的。其中,关于自旋塞贝克效应(spin Seebeck effect,SSE)的研究和讨论最为激烈。自旋塞贝克效应指的是由温度梯度引起自旋流的现象,其最早在铁镍合金Py中发现,随后在半导体(GaMnAs)和绝缘体钇铁石榴石(Yittrium Iron Garret,YIG)中也相继被观察到。自旋流一旦产生,可以通过反自旋霍尔效应(inverse spin Hall effect,ISHE)将其转换为电荷流并进行电学测量。大部分情况下,自旋塞贝克效应中使用Pt作为自旋流探测器。但由于Pt非常靠近Stoner铁磁性判据,在与磁性材料相接触时容易产生极化磁矩,也就是通常所说的磁的邻近效应(magnetic proximity effect,MPE)。虽然已经在Pt/YIG体系中被X射线磁性圆二色(X-ray magnetic circular dichroism,XMCD)直接观察到。但是,关于MPE是否对磁电阻和热电压产生影响目前存在较大的争议,也引发了大量的研究工作；SSE是否真正存在都还需要佐证。本文围绕这两个基本问题展开,讨论三个相关的工作。通过处理YIG衬底与Pt的界面属性,我们可以将MPE和自旋流的贡献区分开来。实验室发现MPE对热的贡献比较小,但能产生磁电阻和反常霍尔效应(anomalous Hall effect)。最后一章介绍我们利用SSE研究了铁磁性金属中的ISHE。通常,磁性金属在垂直温度梯度下,由于反常能斯特效应(anomalous Nernst effect,ANE)也会产生热电压；且ANE和SSE中热电压具有完全相同的角度依赖关系。因此,Pt/YIG中的热电压就有可能包含了其中极化磁矩的ANE,从而影响到实验结果。随之而来的问题,是SSE到底存不存在,和ANE相比贡献大不大。在Pt-YIG插入Cu层后,我们发现测得的Pt/Cu/YIG热电压随着Cu厚度增大而减小。作为对比,我们同时测量了Cu/Pt/YIG,其中Cu仅仅作为覆盖层,并不影响Pt中极化磁矩和自旋流。实验中发现Pt/Cu/YIG中信号始终小于Cu/Pt/YIG,可能的因素有两个：一、随着Cu厚度的增大,Pt中极化磁矩减小,因而产生的ANE也随之减小；二、自旋流通过Cu后大大衰减,从而测到的SSE信号减小。由于仅仅研究Pt体系并不能给出结论。我们在Au/Cu/YIG系统中重复类似的实验并观察到同样的现象。其中Au的邻近效应可以被忽略,所以热电压的减小仅仅来源于自旋流的衰减。考虑并联效应后,可以发现Pt/Cu/YIG和Au/Cu/YIG中热电压随着Cu厚度的衰减速率相同。这些结果表明,Pt/YIG体系中热电压主要来源于SSE,极化Pt磁矩引起的ANE贡献可以忽略不计。另外一方面,虽然YIG是非常好的绝缘体,其电阻率甚至高于空气。在其表面生长非磁性金属薄膜,通常认为不会具有磁电阻现象。然而在Pt/YIG双层膜却发现明显的磁电阻现象,且该磁电阻具有非常独特的角度依赖关系,完全不同于磁性金属中的各向异性磁电阻。Pt/YIG中新型磁电阻效应也引发了大量理论和实验工作的跟进。Nakayama等人提出了自旋霍尔磁电阻理论(spin Hall magnetoresistance,SMR)来解释Pt/YIG中的新型磁电阻现象。在SMR模型中,磁电阻来源于Pt中自旋霍尔效应(spin Hall effect,SHE)、反自旋霍尔效应(inverse spin Hall effect,ISHE),和Pt-YIG界面自旋相关的反射、吸收行为。SMR模型建立的基础是Pt具有强的自旋-轨道耦合作用,且仍然保持非磁性。但是,众多的实验和理论都指出Pt/YIG体系中具有磁的邻近效应。Pt中极化磁矩对于电学输运的影响不可以忽略。通过控制Pt-YIG界面,我们证实了Pt/YIG中新型磁电阻具有两个来源：一、Pt-YIG界面的自旋流；二、磁的邻近效应MPE。两种来源都能够给出Pt/YIG中新型磁电阻独特的角度依赖关系。实验发现,低场下的磁电阻主要来源于自旋流,并且随着外磁场的增大而减小；MPE的贡献在高场下才出现且随着磁场增大而增大。在普通绝缘体SiO2中参入少量磁性杂质Fe后,我们可以人为地模拟MPE并得到完全一样的新型磁电阻现象。通过改变Pt-YIG的界面,甚至可以任意地选择这两种贡献。在Pt-YIG中插入超过6 nm的Au层后,可以得到仅仅来源于自旋流的磁电阻。在大部分自旋相关的实验中,例如自旋塞贝克效应、自旋泵浦效应等,反自旋霍尔效应都是测量自旋流非常重要的手段。在金属体系中,迄今为止反自旋霍尔效应仅仅在带有强自旋-轨道耦合的非磁性材料中观察到,例如Pt和Au等。本文中,利用YIG中自旋塞贝克效应产生的自旋流,我们将报告铁磁性金属材料坡莫合金(permalloy,Py)中的反自旋霍尔效应。通过控制Py-YIG界面自旋流的注入,我们可以分离出纯自旋流的贡献并证实了铁磁性金属中反自旋霍尔效应的存在。该效应为反常霍尔效应(anomalous Hall effect)的逆效应。通过测量不同厚度的Py薄膜,发现Py有着较大的自旋霍尔角(spin Hall angle)。这表明除了非磁性金属,其他的铁磁性金属也可以用来作为自旋流的探测器。这将可能为自旋电子学进一步的发展和应用提供新的方向。