CN115552785A - 致动器和用电装置 - Google Patents
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Abstract
技术问题：本发明提供一种能够实现小型化且能够抑制功耗的致动器和用电装置。解决手段：流入单元(12)设置为能够使自旋流向磁致伸缩材料(11)流入。流入单元(12)具有：沿着磁致伸缩材料(11)表面设置的、当流通电流时能够产生自旋流的导电体(12a)；以及使电流在导电体(12a)中流通的电流供给单元。磁场施加单元设置为向磁致伸缩材料(11)施加如下的磁场，该磁场相对于通过电流供给单元而在导电体(12a)中流通的电流的方向、和在导电体(12a)中产生的自旋流的流动方向正交或斜交。
Description
技术领域
本发明涉及一种致动器和用电装置。
背景技术
以往，作为小型的致动器而广泛采用使用了压电材料的致动器，但是压电材料的最大应变较小，因此正在开发采用可产生较大应变的磁致伸缩材料的致动器(例如，参照专利文献1)。
此外，作为对磁致伸缩致动器的应变进行测量的方法，有一种方法是利用霍尔元件等磁传感器来测量磁致伸缩材料变形时产生的磁场的变化，例如，将霍尔元件配置在磁致伸缩材料的附近，对磁致伸缩材料产生的磁场进行测量(例如，参照非专利文献1)。但是该方法需要另行组装霍尔元件，存在小型化、成本方面的难点。
另外，有一种技术，构成为在Y3Fe5O12(YIG)基板上形成有Pt薄膜，且当使YIG振动时，因自旋泵而产生自旋波并流入Pt薄膜，利用逆自旋霍尔效应，将自旋波转换为电压(例如，参照非专利文献2)。但是，由于YIG的磁致伸缩常数极小，为2ppm左右，因此无法用作磁致伸缩致动器。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-335502号公报
非专利文献
非专利文献1：Zhen-Yuan Jia,Hui-Fang Liu,Fu-Ji Wang,Wei Liu,Chun-Ya Ge,“A novel magnetostrictive static force sensor based on the giantmagnetostrictive material(一种基于巨磁致伸缩材料的新磁致伸缩静态力传感器)”,Measurement,2011,44,1,p.88-95
非专利文献2：K.Uchida,H.Adachi,T.An,H.Nakayama,M.Toda,B.Hillebrands,S.Maekawa,and E.Saitoh,“Acoustic spin pumping:Direct generation of spincurrents from sound waves in Pt/Y3Fe5O12hybrid structures(声学自旋泵：来自Pt/Y3Fe5O12混合结构中的声波的自旋电流的直接生成)”,Journal of Applied Physics,2012,111,053909
发明内容
(一)要解决的技术问题
对于专利文献1所述的使用磁致伸缩材料的致动器而言，其为了驱动磁致伸缩材料而需要使用电磁铁等来产生较大的磁场，存在难以小型化且功耗也较大的问题。
本发明针对该问题而完成，其目的在于，提供一种能够实现小型化且能够抑制功耗的致动器和用电装置。
(二)技术方案
为了实现上述目的，本发明人对于磁致伸缩材料与自旋流的关系进行了研究并发现：向磁致伸缩材料注入自旋流会产生如下两种现象。第一个现象是：磁致伸缩材料的磁自旋极化因自旋流而变化，在磁致伸缩材料产生应变；第二个现象是：磁致伸缩材料的磁自旋的波动因自旋流而变化，磁致伸缩材料的体积膨胀。本发明人想到能够利用这两种现象来驱动磁致伸缩材料并完成本发明。
即，对于本发明的致动器而言，其特征在于，具有：磁致伸缩材料；以及流入单元，其设置为能够使自旋流向所述磁致伸缩材料流入。
关于本发明的致动器，通过利用流入单元使自旋流向磁致伸缩材料流入，从而能够使磁致伸缩材料产生应变，或者使磁致伸缩材料的体积膨胀，并能够驱动磁致伸缩材料。自旋流例如可利用自旋霍尔效应而仅通过流动电流来产生。因此能够实现小型化并能够抑制功耗。
本发明的致动器能够实现小型化，因此可用作例如微镜、声学/超声波元件、小型泵、小型马达、小型的驱动机构、振动型的传感器。
关于本发明的致动器，由于利用自旋霍尔效应来产生自旋流，因此例如可以是，所述流入单元具有：沿着所述磁致伸缩材料的表面设置的导电体、和使电流在所述导电体中流通的电流供给单元，所述导电体当流通电流时能够产生自旋流。此时，利用在导电体中流动的电流来控制自旋流，从而能够控制在磁致伸缩材料产生的应变。
另外，当具有该导电体时优选，具有磁场施加单元，该磁场施加单元向所述磁致伸缩材料施加如下的磁场，该磁场相对于通过所述电流供给单元而在所述导电体中流通的所述电流的方向、和在所述导电体中产生的所述自旋流的流动方向正交或斜交。此时，能够利用磁场施加单元使在导电体中产生的自旋流高效地流入磁致伸缩材料。另外，能够利用磁场施加单元的磁场使磁致伸缩材料产生磁致伸缩。磁场施加单元例如可以是小型的永久磁体。
另外优选，所述导电体由Pt、W、Ta、Bi-Te系合金、Bi-Se系合金或Sb-Te系合金构成。这些材料由于自旋霍尔系数较大而能够高效地产生自旋流。另外，通过区分使用自旋霍尔系数为正的Pt和自旋霍尔系数为负的W、Ta，能够改变磁致伸缩材料的驱动方向。另外，也能够利用自旋霍尔系数接近零的Cu而不驱动磁致伸缩材料。另外，通过使由这些不同的材料构成的导电体组合，例如对于梁状的磁致伸缩材料而言，可构成为能够利用流入的自旋流进行弯曲和/或扭转的变形。通过将Bi-Te系合金、Bi-Se系合金或Sb-Te系合金用作导电体，从而能够特别大程度地驱动磁致伸缩材料。
关于本发明的用电装置，其特征在于，具有：磁致伸缩材料，其能够在变形时产生自旋流；以及用电单元，其设置为可流入所述自旋流，并利用由流入的所述自旋流产生的电位差。
关于本发明的用电装置，当磁致伸缩材料由于应变、体积变化而变形并产生自旋流时，能够对因该自旋流而在用电单元产生的电位差进行利用。对于电位差而言，例如能够利用逆自旋霍尔效应、磁阻抗效应，并利用因自旋流而流动的电流来产生。在本发明的用电装置中，所述用电单元例如是根据所述电位差来检测所述磁致伸缩材料的变形的传感器、根据所述电位差进行发电的发电单元等。
关于本发明的用电装置，由于利用逆自旋霍尔效应、磁阻抗效应来产生电位差，因此例如优选，所述用电单元具有以可流入所述自旋流而流通电流的方式沿着所述磁致伸缩材料的表面设置的导电体，并优选利用在该导电体中产生的电位差。
当具有该导电体时优选，具有磁场施加单元，该磁场施加单元向所述磁致伸缩材料施加如下的磁场，该磁场相对于在所述导电体中流通的所述电流的方向、和流入所述导电体的所述自旋流的流动方向正交或斜交。此时，能够利用磁场施加单元的磁场使自旋流高效地流入导电体，并在导电体中流通电流。
另外优选，所述导电体由Pt、W、Ta、Bi-Te系合金、Bi-Se系合金或Sb-Te系合金构成。这些材料由于自旋霍尔系数较大而能够利用逆自旋霍尔效应高效地产生电位差。另外，能够根据磁致伸缩材料的位移方向来区分使用自旋霍尔系数为正的Pt和自旋霍尔系数为负的W、Ta。因此，通过使由这些不同的材料构成的导电体组合，例如可构成为，根据梁状的磁致伸缩材料的弯曲和/或扭转的变形而产生自旋流。
本发明的致动器可以具有：固定层，其由强磁性体构成且磁化方向固定；自由层，其由所述磁致伸缩材料构成且磁化方向可变；以及非磁性层，其配置在所述固定层与所述自由层之间，所述流入单元具有设置为能够向所述固定层与所述自由层之间施加电压的电压施加单元，并构成为能够通过由所述电压施加单元施加电压，而从所述固定层将自旋极化后的电流注入所述自由层，使所述自旋流向所述磁致伸缩材料流入。此时，能够利用由固定层、自由层和非磁性层构成的自旋阀结构，使自旋流向自由层的磁致伸缩材料流入。
另外，当利用该自旋阀结构时，例如可以是，所述固定层、所述自由层和所述非磁性层一体地呈梁状，并设置为能够利用注入所述自由层的所述自旋极化后的电流进行弯曲和/或扭转的变形。
(三)有益效果
根据本发明，可提供一种能够实现小型化且能够抑制功耗的致动器和用电装置。
附图说明
图1的(a)是本发明第一实施方式的致动器的立体图，图1的(b)是本发明实施方式的用电单元的立体图。
图2是表示本发明第一实施方式的致动器的、磁致伸缩材料形成双支撑梁构造的结构的立体图。
图3是表示本发明第一实施方式的致动器的、磁致伸缩材料形成悬臂梁构造的结构的立体图。
图4的(a)是表示本发明第一实施方式的致动器的、能够产生弹性波的结构的立体图；图4的(b)是表示本发明第一实施方式的致动器的、能够产生弹性波的结构的截面图。
图5是表示本发明第一实施方式的致动器的、使磁致伸缩材料和导电体交替层叠的结构的侧视图。
图6是表示本发明第一实施方式的致动器以及本发明实施方式的用电单元的、能够产生弹性波并且能够检测弹性波的结构的立体图。
图7的(a)是表示图2所示的致动器的、施加磁场(Magnetic field)与磁致伸缩材料的位移的关系的图表；图7的(b)是表示图2所示的致动器的、比较例的仅基于磁致伸缩的施加磁场(Magnetic field)与磁致伸缩系数(Magnetostriction coefficient)的关系的图表。
图8的(a)是表示图2所示的致动器的、在测量磁致伸缩材料的位移的实验中使用的双支承梁构造的不具有磁致伸缩材料的参照用试样(样本1)的侧视图；图8的(b)是表示图2所示的致动器的、在测量磁致伸缩材料的位移的实验中使用的双支承梁构造的具有Au层作为导电体、且具有Galfenol层作为磁致伸缩材料的试样(样本2)的侧视图；图8的(c)是表示图2所示的致动器的、在测量磁致伸缩材料的位移的实验中使用的双支承梁构造的具有Au层及Bi2Te3层作为导电体、且具有Galfenol层作为磁致伸缩材料的试样(样本3)的侧视图。
图9是表示采用图8所示的双支撑梁构造的各试样的致动器的、施加磁场(Magnetic field)与磁致伸缩材料的位移的关系的图表。
图10是表示本发明实施方式的用电单元的、在测量当使磁致伸缩材料振动时在导电体中产生的电位差的实验中使用的隔膜结构的侧视图。
图11是表示采用图10所示的隔膜构造的、测量当使磁致伸缩材料振动时在导电体中产生的电位差的实验装置的侧视图。
图12的(a)是表示通过图11所示的实验装置得到的、PZT的振动频率与在导电体的两端产生的交流电压的振幅的关系的图表；图12的(b)是表示通过图11所示的实验装置得到的、隔膜的谐振频率下的、施加磁场与在导电体的两端产生的交流电压的振幅的关系的图表。
图13是表示本发明第二实施方式的致动器的侧视图。
图14是表示本发明第二实施方式的致动器的、固定层、自由层和非磁性层构成悬臂梁构造的结构的立体图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。
图1至图12表示本发明第一实施方式的致动器及用电装置。
如图1的(a)所示，本发明第一实施方式的致动器10具有：磁致伸缩材料11、流入单元12、磁场施加单元(未图示)。
磁致伸缩材料11例如可以是包含Fe、Co及Ni中的至少一种以上的合金，优选磁致伸缩系数为100ppm以上。更具体而言，可以是市售的Galfenol(Ga0.19Fe0.81)、Terfenol-D(Tb0.3Dy0.7Fe2)等超磁致伸缩材料。磁致伸缩材料11为了易于变形而优选使需要根据产生的应变而变形的方向的厚度形成为较薄。
流入单元12具有：沿着磁致伸缩材料11表面设置的导电体12a、和使电流在导电体12a中流通的电流供给单元(未图示)。导电体12a只要当流通电流时能够产生自旋流，则没有限制，优选由Pt、W、Ta、Bi-Te系合金、Bi-Se系合金、Sb-Te系合金等自旋霍尔系数较大的材料构成。流入单元12设置为，当通过电流供给单元使电流在导电体12a中流通时，能够使在导电体12a中产生的自旋流向磁致伸缩材料11流入。
磁场施加单元设置为能够向磁致伸缩材料11施加磁场。磁场施加单元设置为向磁致伸缩材料11施加如下的磁场，该磁场相对于通过电流供给单元而在导电体12a中流通的电流的方向、和在导电体12a中产生的自旋流的流动方向正交或斜交。磁场施加单元例如可以由1个或多个小型的永久磁体构成。在图1的(a)所示的具体一例中，磁场施加单元能够施加如下的磁场，该磁场相对于在导电体12a中流通的电流的方向、和自旋流的流动方向正交。
接着，对作用进行说明。
致动器10能够利用自旋霍尔效应而仅通过在导电体12a中流通电流来产生自旋流。另外，致动器10能够通过磁场施加单元使在导电体12a中产生的自旋流高效地流入磁致伸缩材料11。由此，致动器10能够使磁致伸缩材料11产生应变，或者使磁致伸缩材料11的体积膨胀，并能够驱动磁致伸缩材料11。
另外，致动器10能够通过磁场施加单元的磁场使磁致伸缩材料11发生磁致伸缩。由于该磁致伸缩引起的磁致伸缩材料11的驱动方向、与自旋流引起的磁致伸缩材料11的驱动方向不正交，因此与仅有自旋流时或仅有磁致伸缩时相比而言，致动器10能够更大程度地使磁致伸缩材料11驱动。
另外，致动器10能够仅通过流动电流来产生自旋流，因此能够实现小型化并能够抑制功耗。因此，致动器10例如能够用作微镜、声学/超声波元件、小型泵、小型马达、小型的驱动机构、振动型传感器等传感器。
如图2所示，致动器10例如可以是，磁致伸缩材料11形成双支撑梁构造，导电体12a在磁致伸缩材料11表面沿着磁致伸缩材料11的长度方向设置。此时，通过电流供给单元使电流在导电体12a中流通，并通过磁场施加单元施加如下的磁场，该磁场是相对于导电体12a与磁致伸缩材料11的排列方向(自旋流的流动方向)、和导电体12a的长度方向垂直的方向的磁场。由此，能够在与梁的长度方向垂直的方向上驱动磁致伸缩材料11。通过使在导电体12a中流通的电流的方向、磁场的方向成为相反方向，从而能够使磁致伸缩材料11的驱动方向成为相反方向。
另外，如图3所示，致动器10也可以是，磁致伸缩材料11形成悬臂梁构造，导电体12a设置为在磁致伸缩材料11表面沿着磁致伸缩材料11的长度方向往复。此时，通过电流供给单元使电流在导电体12a中流通，并通过磁场施加单元施加如下的磁场，该磁场是相对于导电体12a与磁致伸缩材料11的排列方向(自旋流的流动方向)、和导电体12a的长度方向垂直的方向的磁场。由此，能够根据在导电体12a的去路中注入磁致伸缩材料11的自旋流的流动、和在返回路中注入磁致伸缩材料11的自旋流的流动，使磁致伸缩材料11弯曲或扭转。
具体而言，当在导电体12a中流动的电流的方向、磁场的方向为图3所示的方向时，如果将去路的导电体12a设为自旋霍尔系数为正的导电体(Pt等)，并将返回路的导电体12a也设为自旋霍尔系数为正的导电体，则能够使梁当从梁的前端侧观察时左旋扭转。另外，如果将去路的导电体12a设为自旋霍尔系数为负的导电体(W、Ta等)，并将返回路的导电体12a也设为自旋霍尔系数为负的导电体，则能够使梁当从梁的前端侧观察时右旋扭转。另外，如果将去路的导电体12a设为自旋霍尔系数为正的导电体，并将返回路的导电体12a设为自旋霍尔系数为负的导电体，则能够使梁向下弯曲。另外，如果将去路的导电体12a设为自旋霍尔系数为负的导电体，并将返回路的导电体12a设为自旋霍尔系数为正的导电体，则能够使梁向上弯曲。
另外，如图4所示，致动器10也可以是，磁致伸缩材料11由薄膜构成，多个导电体12a在磁致伸缩材料11表面设置为以规定的间隔相互平行。此时，通过电流供给单元使电流在各导电体12a中流通，并通过磁场施加单元施加如下的磁场，该磁场是相对于导电体12a与磁致伸缩材料11的排列方向(自旋流的流动方向)、和各导电体12a的长度方向垂直的方向的磁场。由此，能够在各导电体12a的位置，使磁致伸缩材料11在厚度方向上膨胀，产生具有与各导电体12a的间隔相同的波长的弹性波。另外，能够使该弹性波在磁致伸缩材料11内沿着导电体12a的排列方向传播。另外，通过改变施加的磁场，能够使磁致伸缩材料11的杨氏模量变化，能够改变弹性波的频率。
另外，如图5所示，致动器10也可以是，将由薄膜构成的磁致伸缩材料11和导电体12a交替层叠而构成。此时，各磁致伸缩材料11的应变在相同的方向上重叠，因此能够增大驱动能力。
如图1的(b)所示，用电装置20具有：磁致伸缩材料21、用电单元22、磁场施加单元(未图示)。
磁致伸缩材料21由当变形时对磁场的响应发生变化并且能够产生自旋流的材料构成。磁致伸缩材料21能够使用与图1的(a)所示的致动器10的磁致伸缩材料11相同的材料，例如可以是包含Fe、Co及Ni中的至少一种以上的合金，优选磁致伸缩系数为100ppm以上。更具体而言，可以是市售的Galfenol(Ga0.19Fe0.81)、Terfenol-D(Tb0.3Dy0.7Fe2)等超磁致伸缩材料。磁致伸缩材料21为了易于变形而优选使进行变形的方向的厚度形成为较薄
用电单元22具有：沿着磁致伸缩材料21表面设置的导电体22a。导电体22a设置为可通过自旋泵流入由磁致伸缩材料21产生的自旋流而流通电流。导电体22a能够使用与图1的(a)所示的致动器10的导电体12a相同的材料，例如可以由Pt、W、Ta、Bi-Te系合金、Bi-Se系合金、Sb-Te系合金等自旋霍尔系数较大的材料构成。
磁场施加单元设置为能够向磁致伸缩材料21施加磁场。磁场施加单元设置为向磁致伸缩材料21施加如下的磁场，该磁场相对于在导电体22a中流通的电流的方向、和流入导电体22a的自旋流的流动方向正交或斜交。在图1的(b)所示的具体一例中，磁场施加单元能够施加如下的磁场，该磁场相对于在导电体22a中流通的电流的方向、和自旋流的流动方向正交。
用电单元22构成为能够利用在导电体22a中产生的电位差。用电单元22例如可以由根据在导电体22a中产生的电位差来检测磁致伸缩材料21的变形的传感器、或者根据在导电体22a中产生的电位差来进行发电的发电单元构成。
接着，对作用进行说明。
当磁致伸缩材料21由于应变、体积变化而变形并产生自旋流时，用电装置20能够通过磁场施加单元的磁场使该自旋流向导电体22a流入，利用逆自旋霍尔效应使电流在导电体22a中流通。由此，能够在导电体22a中产生电位差，从而通过用电单元22来利用该电位差。
对于用电装置20而言，例如与图2所示的磁致伸缩材料11以及导电体12a同样地构成磁致伸缩材料21以及导电体22a，从而当双支撑梁构造的磁致伸缩材料21在与其长度方向垂直的方向上变形时，能够使导电体22a产生电位差。另外，与图3所示的磁致伸缩材料11以及导电体12a同样地构成磁致伸缩材料21以及导电体22a，从而能够根据悬臂梁状的磁致伸缩材料21的弯曲、扭转的变形，使导电体22a产生电位差。
另外，如图6所示，用电装置20也可以是，磁致伸缩材料21由薄膜构成，多个导电体22a在磁致伸缩材料21表面设置为以规定的间隔相互平行。此时，能够通过与图4所示的致动器10进行组合，从而利用逆自旋霍尔效应来检测由致动器10产生并在磁致伸缩材料21内传播来的弹性波。另外，也可用作弹性波滤波器，其能够检测规定的频率的信号。另外，通过改变施加的磁场，能够使磁致伸缩材料11的杨氏模量变化，能够改变可检测的频率，因此能够做成可变滤波器。
实施例1
使用图1的(a)所示的致动器10，使电流在导电体12a中流通，测量了施加如下的磁场时的磁致伸缩材料11的位移，所述磁场是相对于导电体12a与双支撑梁构造的磁致伸缩材料11的排列方向、和导电体12a的长度方向垂直的方向的磁场。对于磁致伸缩材料11而言，在硅基板上形成了具有1250ppm的磁致伸缩系数的超磁致伸缩材料的Terfenol-D(Tb0.36Dy0.64Fe1.9)的膜，并设定超磁致伸缩材料的厚度为200nm。导电体12a是厚度为100nm的Pt薄膜。在导电体12a中流通的电流为50mA、10kHz的交流电流。在测量中，使施加磁场(Magnetic field)的大小从0mT到900mT每次改变100mT，并测量了磁致伸缩材料11的位移。在图7的(a)中示出测量结果。另外，作为参考，NeFeB磁体的磁场为500mT左右，MRI的磁场为1000mT左右。
为了进行比较，作为仅由磁致伸缩引起变形的情况，针对表层由超磁致伸缩材料的Terfenol-D(Tb0.36Dy0.64Fe1.9)构成的悬臂，施加与悬臂的长度方向平行的磁场，并测量了施加磁场(Magnetic field)与磁致伸缩系数(Magnetostriction coefficient)的关系。悬臂的长度为700μm、1000μm和1100μm这3种，也求出它们的平均值。将其测量结果示出于图7的(b)。
如图7的(b)所示，确认了：在仅由磁致伸缩引起变形的情况下，通过相对于悬臂的长度方向(磁致伸缩材料11的长度方向)平行地施加磁场，从而使由磁致伸缩引起的位移变大，能够得到1250ppm左右的磁致伸缩系数。另外，也确认了：达到最大的磁致伸缩系数为止的曲线呈向上凸的形状。与此相对，如图7的(a)所示，确认了：对于致动器10而言，尽管是相对于磁致伸缩材料11的长度方向(导电体12a的长度方向)垂直地施加磁场，磁致伸缩材料11也较大程度地发生了位移。另外，也确认了：达到最大位移为止的曲线大致为直线状。对图7的(a)和图7的(b)进行比较，可知：由于磁场的施加方向不同、曲线形状不同，因此图7的(a)所示的自旋流引起的位移与磁致伸缩引起的位移不同。另外，图7的(a)所示的磁致伸缩材料11的最大应变为1400ppm，示出了比单纯磁场施加引起的磁致伸缩更大的值。
实施例2
使用图1的(a)所示的致动器10，改变导电体12a的材料，测量了磁致伸缩材料11的位移。准备了如下3种试样，即：如图8的(a)所示，在Si基板(厚度250μm)上成膜有厚度20nm的Cr层和厚度20nm的Au层的、不具有磁致伸缩材料11的参照用试样(样本1)；如图8的(b)所示，在Au层上进一步成膜有厚度100nm的超磁致伸缩材料11的Galfenol(Ga0.2Fe0.8)层的试样(样本2)；如图8的(c)所示，在Au层与Galfenol层之间成膜有厚度200nm的Bi2Te3层的试样(样本3)。另外，Cr层和Au层通过RF磁控溅射而成膜，Galfenol层通过离子束溅射而成膜，Bi2Te3层通过脉冲镀敷而成膜。另外，Au层和Bi2Te3层构成了导电体12a。另外，各试样为条状，其大小为长度7mm、宽度1mm。
在测量中，使电流在导电体12a中流通，并施加了如下的磁场，该磁场是相对于导电体12a与双支撑梁构造的磁致伸缩材料11的排列方向、和导电体12a的长度方向垂直的方向的磁场。另外，对导电体12a施加1.5V、1.5kHz的电压并流通了交流电流。使施加磁场(Magnetic field)的大小从0T变化至1T，并测量了磁致伸缩材料11的位移(应变；Magnetostriction)。在图9中示出测量结果。
如图9所示，对于没有磁致伸缩材料11的样本1而言，应变大致为零。另外，对于导电体12a由Au层构成的样本2而言，梁的最大振幅为0.04nm，最大应变为250ppm。另外，对于导电体12a由Au层和Bi2Te3层构成的样本3而言，梁的最大振幅为0.24nm，最大应变约为2400ppm。这样，确认了：通过从Bi2Te3层向Galfenol层注入自旋流，能够特别大程度地驱动磁致伸缩材料11。这被认为是由于含有Bi的材料具有较大的自旋霍尔系数，且不限于Bi-Te系合金，Bi-Se系合金也能够获得同样的效果。另外，Bi2Te3是在表面流动自旋流的拓扑绝缘体，采用Sb-Te系合金等其他的拓扑绝缘体，也能够获得同样的效果。
实施例3
作为用电装置20，使用图10所示的隔膜30，对于当使磁致伸缩材料21振动时在导电体22a中产生的电位差进行了测量。如图10所示，隔膜30使用如下的SOI(Silicon onInsulator，绝缘体上硅)晶圆，该SOI晶圆在SiO2制的处理层(厚度300μm)31与Si制的器件层(厚度8μm)32之间具有SiO2制的BOX层(厚度1μm)33，且以如下方式进行制造。首先，在SOI晶圆的器件层32的表面形成由Pt/Cr构成的种子层(厚度150nm)34，进而在其表面通过电镀形成由Terfenol-D(Tb0xDy1-xFey)的磁致伸缩材料21构成的表层(厚度150nm)。之后，通过对处理层31以及BOX层33的中央部进行蚀刻，从而制造出两端部被处理层31以及BOX层33支撑的、由器件层32、种子层34以及磁致伸缩材料21构成的隔膜30。另外，种子层34的Pt与导电体22a对应。
在测量中，如图11所示，在将相对于隔膜30的长度方向和厚度方向正交的磁场施加于磁致伸缩材料21的状态下，将隔膜30设置于PZT致动器35，使PZT致动器35振动。施加磁场的大小为500mT，PZT致动器35的驱动电压为10V。通过使PZT致动器35振动，从谐振的隔膜30的磁致伸缩材料21产生的自旋流因自旋泵而流入导电体22a的Pt，由于逆自旋霍尔效应而在导电体22a的两端产生电位差，因此通过锁定放大器36来测量该电位差(电压)。测量出的电位差为交流电压。
首先，求出使PZT致动器35的振动频率从1kHz变化至20kHz时的、该频率与所测量出的交流电压的振幅的关系，并在图12的(a)中示出。如图12的(a)所示，确认了：隔膜30在6.775kHz及7.925kHz下强烈地谐振，并产生了与隔膜30的振动相应的电位差。
接着，测量了使施加磁场从0mT变化至550mT时的、6.775kHz及7.925kHz的谐振频率下的交流电压的振幅，并在图12的(b)中示出。如图12的(b)所示，确认了：随着施加磁场变大，在谐振频率下产生的电位差也变大。
图13和图14表示本发明第二实施方式的致动器。
如图13所示，本发明第二实施方式的致动器40形成自旋阀结构，且具有：固定层41、自由层42、非磁性层43和流入单元。此外，在以下的说明中，省略了与本发明第一实施方式的致动器10重复的效果等的说明。
固定层41由强磁性体构成，且磁化方向在面内方向上固定。固定层41例如由Co、SmCo、Ni等构成。自由层42由磁致伸缩材料构成，且构成为磁化方向是面内方向，能够在与固定层41的磁化方向相同的方向、和其相反方向之间变化。非磁性层43配置在固定层41与自由层42之间。非磁性层43较薄，例如由Cu等无磁性的金属、Al2O3等绝缘体构成。
流入单元具有设置为能够向固定层41与自由层42之间施加电压的电压施加单元44。流入单元构成为，能够通过由电压施加机构44施加电压，而从固定层41将自旋极化后的电流注入自由层42，使自旋流向磁致伸缩材料流入。
接着，对作用进行说明。
致动器40是自旋阀结构，能够利用电压施加单元44向固定层41与自由层42之间施加电压，从而使自旋流向自由层42的磁致伸缩材料流入。由此，能够使磁致伸缩材料产生应变，或者使磁致伸缩材料的体积膨胀，并能够驱动磁致伸缩材料。
例如，如图14所示，致动器40可以是，固定层41、自由层42和非磁性层43一体地呈梁状。此时，能够利用电压施加单元44施加电压，从而向自由层42注入自旋极化后的电流。由此，磁致伸缩材料变形，能够使梁弯曲或扭转。
附图标记说明
10-致动器；11-磁致伸缩材料；12-流入单元；12a-导电体；20-用电装置；21-磁致伸缩材料；22-用电单元；22a-导电体；30-隔膜；31-处理层；32-器件层；33-BOX层；34-种子层；35-PZT致动器；36-锁定放大器；40-致动器；41-固定层；42-自由层；43-非磁性层；44-电压施加单元。
Claims (13)
1.一种致动器，其特征在于，具有：
磁致伸缩材料；以及
流入单元，其设置为能够使自旋流向所述磁致伸缩材料流入。
2.根据权利要求1所述的致动器，其特征在于，
所述流入单元具有：沿着所述磁致伸缩材料的表面设置的导电体、和使电流在所述导电体中流通的电流供给单元，所述导电体当流通电流时能够产生自旋流。
3.根据权利要求2所述的致动器，其特征在于，
具有磁场施加单元，该磁场施加单元向所述磁致伸缩材料施加如下的磁场，该磁场相对于通过所述电流供给单元而在所述导电体中流通的所述电流的方向、和在所述导电体中产生的所述自旋流的流动方向正交或斜交。
4.根据权利要求2或3所述的致动器，其特征在于，
所述导电体由Pt、W、Ta、Bi-Te系合金、Bi-Se系合金或Sb-Te系合金构成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的致动器，其特征在于，
所述磁致伸缩材料呈梁状，并设置为能够利用流入的所述自旋流进行弯曲和/或扭转的变形。
6.一种用电装置，其特征在于，具有：
磁致伸缩材料，其能够在变形时产生自旋流；以及
用电单元，其设置为可流入所述自旋流，并利用由流入的所述自旋流产生的电位差。
7.根据权利要求6所述的用电装置，其特征在于，
所述用电单元具有以可流入所述自旋流而流通电流的方式沿着所述磁致伸缩材料的表面设置的导电体，并利用在所述导电体中产生的电位差。
8.根据权利要求7所述的致动器，其特征在于，
具有磁场施加单元，该磁场施加单元向所述磁致伸缩材料施加如下的磁场，该磁场相对于在所述导电体中流通的所述电流的方向、和流入所述导电体的所述自旋流的流动方向正交或斜交。
9.根据权利要求7或8所述的用电装置，其特征在于，
所述导电体由Pt、W、Ta、Bi-Te系合金、Bi-Se系合金或Sb-Te系合金构成。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的用电装置，其特征在于，
所述磁致伸缩材料呈梁状，并设置为能够通过弯曲和/或扭转的变形而产生所述自旋流。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的用电装置，其特征在于，
所述用电单元由根据所述电位差来检测所述磁致伸缩材料的变形的传感器、或者根据所述电位差进行发电的发电单元构成。
12.根据权利要求1所述的致动器，其特征在于，具有：
固定层，其由强磁性体构成且磁化方向固定；
自由层，其由所述磁致伸缩材料构成且磁化方向可变；以及
非磁性层，其配置在所述固定层与所述自由层之间，
所述流入单元具有设置为能够向所述固定层与所述自由层之间施加电压的电压施加单元，并构成为能够通过由所述电压施加单元施加电压，而从所述固定层将自旋极化后的电流注入所述自由层，使所述自旋流向所述磁致伸缩材料流入。
13.根据权利要求12所述的致动器，其特征在于，
所述固定层、所述自由层和所述非磁性层一体地呈梁状，并设置为能够利用注入所述自由层的所述自旋极化后的电流进行弯曲和/或扭转的变形。
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