Surface plasmons are widely used in sensors and energy fields because they can localize and trap light, but the light energy absorbed in plasmon itself is generally considered to be a loss. Since the plasmon occurs in metal-based structure, the absorption of visible light is unavoidable. However, little research has been done to gather this heat into reusable form of energy. So, given this situation, a novel way of harvesting the omnipresent thermal energy from plasmonic structure can be beneficial, and in tandem with photovoltaic devices it is necessary for the sake of maximizing energy conversion from solar energy to electricity. This inspired us to explore the possibility of gathering discarded thermal energy from plasmon structure into useful electric energy by thermoelectric effect, and in this work, we have adopted a recently discovered effect, so-called the spin Seebeck effect from which ferromagnet/heavy metal bilayer can generates magneto-thermovoltage. With the aim mentioned above, on top of ferromagnetic CoFeB/nonmagnetic Pt metallic bilayer, we have transferred Au nanorod or Ag nanomesh plasmonic nanostructures by nanoimprint method and conducted thermoelectric measurement from the laser-induced heating. Upon resonance condition, the combined structure showed increase in the thermoelectric voltage compared to the structure without plasmonic structure. As a result, we have successively demonstrated that plasmon-induced heat can be used as additional heat source for the thermoelectric generation.
플라즈몬 나노구조체는 회절 한계 이하로 빛을 집중할 수 있어서 차세대 도파관 구조로 연구되고 있다. 국소 플라즈몬 공명은 좁은 영역에 강하게 집중된 전기장으로 빛 물질 상호작용을 증대시킬 수 있어 여러 분야에서 많은 활용되고 있다. 하지만 금속을 사용하는 본 구조에서 가시광 영역의 빛 흡수는 항상 존재하며 이를 통해 발생된 열은 플라즈몬 기반 에너지 및 센서 연구 분야에서 대부분 불가피한 효과로 간주하여 큰 관심을 끌지 못했다. 본 논문은 플라즈몬 구조체 공명을 기반하여 생성된 열 에너지를 열전 현상을 통해 효과적으로 전기적 신호로 변환시킨 연구결과에 대한 내용이다. 강자성/반강자성 금속 이중접합을 기본 구조로 하는 열전 소자는 스핀 제벡 현상과 비정상적 너런스트 현상을 통해 열을 전기에너지로 변환시킨다. 이러한 열전 기본 소자 위에, 규칙적으로 배열된 금 나노로드 및 은 나노메시 구조를 전사하였고, 나노구조 표면에 레이저를 인가하여 열전현상을 측정하였다. 이때 인가하는 레이저의 선형 분광 방향(TM, TE) 및 파장(660nm, 830nm)으로 정해지는 각 나노구조체의 플라즈몬 공명 조건에서 비정상적으로 열전 신호가 증대됨을 관찰하였다. 더 나아가서 나노구조체와 열전소자 사이에 유전체 $SiO_2$ 층이 삽입되어야만 증대되는 열전 신호가 관측할 수 있음을 발견하였다.
