JP5630230B2 - Thermoelectric conversion element - Google Patents

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Description

本発明は、磁性体材料をベースとした熱電変換素子及び熱電変換方法に関する。   The present invention relates to a thermoelectric conversion element and a thermoelectric conversion method based on a magnetic material.

持続可能な社会に向けた環境・エネルギー問題への取り組みが活発化する中で、熱エネルギー回収技術への期待が高まっている。熱は体温、太陽熱、エンジン、工業排熱など様々な場面から回収することができ、最も一般的なエネルギー源であり、エネルギー効率の高い低炭素社会を実現するためにも熱回収技術の必要性は増している。   Expectations for thermal energy recovery technology are increasing as efforts to address environmental and energy issues toward a sustainable society become active. Heat can be recovered from various scenes such as body temperature, solar heat, engine, industrial waste heat, etc., is the most common energy source, and the need for heat recovery technology to realize an energy-efficient low-carbon society Is increasing.

ゼーベック効果(もしくはペルチェ効果)に基づく熱電変換素子は、温度差発電や熱センサ、冷却など、既に様々な場面で活用されており、これからのユビキタス情報社会においても身の回りの熱からエネルギーを回収して小型端末やセンサを駆動するといった電源・給電デバイスとして期待されている。熱電変換素子はp型半導体とn型半導体の組み合わせである熱電対を多数直列に接続したモジュール構造を有しており、可動部がないことから騒音・振動が無く、スケール効果が無く小さな温度差でも発電でき、様々な機器・環境に組み込める、といった多くの利点を有する。   Thermoelectric conversion elements based on the Seebeck effect (or Peltier effect) have already been used in various situations, such as temperature difference power generation, heat sensors, and cooling. It is expected as a power supply / power supply device for driving small terminals and sensors. The thermoelectric conversion element has a module structure in which many thermocouples, which are a combination of p-type and n-type semiconductors, are connected in series. Since there are no moving parts, there is no noise / vibration, no scale effect, and small temperature difference. However, it has many advantages such as being able to generate electricity and being incorporated into various devices and environments.

また近年では、磁性材料に温度勾配をつけて、電子スピンの流れが生じさせるスピンゼーベック効果も発見されており、特許文献1、非特許文献1,2にはそれに基づくスピン熱電変換素子の記載がされている。   In recent years, a spin Seebeck effect has been discovered in which a magnetic material is given a temperature gradient to generate a flow of electron spin. Patent Document 1, Non-Patent Documents 1 and 2 describe spin thermoelectric conversion elements based thereon. Has been.

特許文献1に記載されているスピン熱電変換素子は、強磁性体と金属電極とで構成されている。強磁性体に温度勾配を与えると、スピンゼーベック効果によって、温度勾配に沿った方向にスピン流が誘起される。この誘起されたスピン流は、磁性体に接する金属電極におけるスピンホール効果によって、電流として外部に取り出すことができる。これにより、ゼーベック効果に基づく熱電変換素子と同様に熱から電力を取り出す温度差発電が可能となる。   The spin thermoelectric conversion element described in Patent Document 1 is composed of a ferromagnetic material and a metal electrode. When a temperature gradient is applied to a ferromagnetic material, a spin current is induced in a direction along the temperature gradient by the spin Seebeck effect. This induced spin current can be taken out as a current by the spin Hall effect in the metal electrode in contact with the magnetic material. Thereby, the temperature difference power generation which takes out electric power from heat similarly to the thermoelectric conversion element based on the Seebeck effect is attained.

特開2009−130070JP2009-130070

しかし、上記の熱電変換素子は、熱起電力の高出力化に際して幾つかの課題が存在した。ゼーベック効果に基づく熱電変換素子は、出力電圧を高めるためにp型半導体とn型半導体からなる熱電対を電気的に多数直列に接続した構造を作り込む必要がある。このような複雑な構造のため、製造コストの増加が避けられず、耐久性や耐衝撃性にも課題があった。   However, the thermoelectric conversion element described above has some problems in increasing the thermoelectromotive force output. A thermoelectric conversion element based on the Seebeck effect needs to have a structure in which a large number of thermocouples composed of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor are electrically connected in series in order to increase the output voltage. Due to such a complicated structure, an increase in manufacturing cost is inevitable, and there is a problem in durability and impact resistance.

一方、スピンゼーベック効果に基づくスピン熱電変換素子の場合、複雑な構造の作り込みが不要で、金属電極を長くするだけで熱起電力の高出力化が原理的に可能となる。特許文献1では、パイプ上の熱源に対してスピン熱電変換素子を適用した場合、熱起電力を高めるためにロールケーキ状にして巻き回数を増やす構造が記載されている。そのため、出力を高めるほど巻数を増加させる必要があり、小型化の面で問題があった。   On the other hand, in the case of a spin thermoelectric conversion element based on the spin Seebeck effect, it is not necessary to create a complicated structure, and it is possible in principle to increase the output of thermoelectromotive force simply by lengthening the metal electrode. Patent Document 1 describes a structure in which when a spin thermoelectric conversion element is applied to a heat source on a pipe, the number of windings is increased in the form of a roll cake in order to increase the thermoelectromotive force. Therefore, it is necessary to increase the number of turns as the output is increased, and there is a problem in miniaturization.

本発明の目的は、上述した課題を解決する熱電変換素子を提供することにある。   The objective of this invention is providing the thermoelectric conversion element which solves the subject mentioned above.

本発明における熱電変換素子は、少なくとも1つの磁化方向を有する磁性体と、前記磁化方向に対して略平行な面に配設され、スピン軌道相互作用を有する材料を含む複数の起電体とで構成され、前記複数の起電体同士の起電力が加算されるように直列に接続されていることを特徴とする。   The thermoelectric conversion element according to the present invention includes a magnetic body having at least one magnetization direction and a plurality of electromotive bodies including a material disposed on a plane substantially parallel to the magnetization direction and having a spin orbit interaction. It is comprised, It connects in series so that the electromotive force of these electromotive bodies may be added, It is characterized by the above-mentioned.

本発明のおける熱電変換素子は、高出力と省スペース性の両立を実現することができる。   The thermoelectric conversion element according to the present invention can realize both high output and space saving.

第1の実施形態における熱電変換素子の斜視図である。It is a perspective view of the thermoelectric conversion element in a 1st embodiment. 第2の実施形態における熱電変換素子の斜視図である。It is a perspective view of the thermoelectric conversion element in 2nd Embodiment. 第2の実施形態における熱電変換素子の斜視図である。It is a perspective view of the thermoelectric conversion element in 2nd Embodiment. 第2の実施形態における熱電変換素子の上面図である。It is a top view of the thermoelectric conversion element in 2nd Embodiment. 第2の実施形態における熱電変換素子の上面図である。It is a top view of the thermoelectric conversion element in 2nd Embodiment. 第3の実施形態における熱電変換素子の上面図である。It is a top view of the thermoelectric conversion element in 3rd Embodiment. 第3の実施形態における熱電変換素子の上面図である。It is a top view of the thermoelectric conversion element in 3rd Embodiment. 第4の実施形態における熱電変換素子の上面図である。It is a top view of the thermoelectric conversion element in 4th Embodiment. 第4の実施形態における熱電変換素子の上面図である。It is a top view of the thermoelectric conversion element in 4th Embodiment. 第5の実施形態における熱電変換素子の上面図である。It is a top view of the thermoelectric conversion element in 5th Embodiment. 第5の実施形態における熱電変換素子の上面図である。It is a top view of the thermoelectric conversion element in 5th Embodiment. 実施例1における熱電変換素子の斜視図である。1 is a perspective view of a thermoelectric conversion element in Example 1. FIG. 実施例1における熱電変換素子の上面図である。3 is a top view of the thermoelectric conversion element in Example 1. FIG. 実施例2における熱電変換素子の上面図である。6 is a top view of a thermoelectric conversion element in Example 2. FIG.

以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。   Hereinafter, preferred embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. However, the preferred embodiments described below are technically preferable for carrying out the present invention, but the scope of the invention is not limited to the following.

〔第1の実施形態〕次に、本実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図1は、本実施形態における熱電変換素子1の斜視図である。   [First Embodiment] Next, this embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a thermoelectric conversion element 1 in the present embodiment.

〔構成の説明〕図1に示すように、本実施形態における熱電変換素子1は、磁性体2と起電体3とを備えている。   [Description of Configuration] As shown in FIG. 1, the thermoelectric conversion element 1 in this embodiment includes a magnetic body 2 and an electromotive body 3.

磁性体2は、少なくとも1つの磁化方向を有する材料である。磁性体2は、熱伝導率の小さな材料ほど効率よく熱電効果を作用するため、磁性絶縁体であることが好ましい。本実施形態では、磁性絶縁体として例えばガーネット系の磁性材料などが適用可能であり、イットリウム鉄ガーネット(YFe12、以下YIGと略記)などが好ましい。また磁性体2の材料は上記に限定されず、鉄とニッケルとの合金であるパーマロイなどの強磁性金属についても利用可能である。また、磁性体2の形状は、平板状であることが好ましいが、特に限定されず、また、多少の平面粗さや歪みがあっても構わない。 The magnetic body 2 is a material having at least one magnetization direction. The magnetic body 2 is preferably a magnetic insulator because a material having a smaller thermal conductivity acts on the thermoelectric effect more efficiently. In this embodiment, for example, a garnet-based magnetic material can be used as the magnetic insulator, and yttrium iron garnet (Y 3 Fe 5 O 12 , hereinafter abbreviated as YIG) is preferable. The material of the magnetic body 2 is not limited to the above, and a ferromagnetic metal such as permalloy that is an alloy of iron and nickel can also be used. The shape of the magnetic body 2 is preferably a flat plate shape, but is not particularly limited, and may have some planar roughness or distortion.

磁性体2は、液相エピタキシャル成長(LPE)や、スパッタ、レーザーアブレーション(PLD)、有機金属堆積法(MOD法)、エアロゾルデポジション法(AD法)などで成膜を行う。特にプラスチック基板などにYIGのような磁性絶縁体を大面積成膜する用途には、AD法の利用が望ましい。磁性体2の膜厚は熱電発電の用途や温度領域に応じて変えることが可能だが、通常は100nm〜500μm程度に設定する。   The magnetic body 2 is formed by liquid phase epitaxial growth (LPE), sputtering, laser ablation (PLD), metal organic deposition method (MOD method), aerosol deposition method (AD method), or the like. In particular, the AD method is desirable for applications where a large area of a magnetic insulator such as YIG is formed on a plastic substrate. The film thickness of the magnetic body 2 can be changed according to the application of the thermoelectric power generation and the temperature range, but is usually set to about 100 nm to 500 μm.

起電体3は、磁性体2の磁化方向に対して略平行な面に複数設けられており、個々の起電体3で発生した起電力が加算されるように直列接続している。このように加算された起電力は、最終的に起電体3における一方の端部(A)と他方の端部(B)との間で加算起電力Vsumとして取り出される。なお複数の起電体3は、磁性体2に接して設けられていなくてもよく、磁性体2の上方に設けられていればよい。すなわち、起電体3と磁性体2との間に、空隙や別の構造物が設けられていてもよい。 A plurality of electromotive bodies 3 are provided on a plane substantially parallel to the magnetization direction of the magnetic body 2 and are connected in series so that electromotive forces generated by the individual electromotive bodies 3 are added. The electromotive force thus added is finally taken out as an added electromotive force V sum between one end (A) and the other end (B) of the electromotive body 3. Note that the plurality of electromotive bodies 3 may not be provided in contact with the magnetic body 2 and may be provided above the magnetic body 2. That is, a gap or another structure may be provided between the electromotive body 3 and the magnetic body 2.

起電体3は、スピン軌道相互作用を有する材料を含んでいる。例えばスピン軌道相互作用の比較的大きなAuやPt、Pdなどの金属材料、またはそれらの合金材料を用いる。なお起電体3は、スピンホール効果を強めるために、FeやCuなどの不純物を添加してもよい。ここで、起電体3の厚さは、少なくとも金属材料のスピン拡散長以上に設定するのが好ましい。例えばAuであれば50nm以上、Ptであれば10nm以上に設定するのが望ましい。   The electromotive body 3 includes a material having a spin orbit interaction. For example, a metal material such as Au, Pt, or Pd having a relatively large spin orbit interaction or an alloy material thereof is used. The electromotive body 3 may be doped with impurities such as Fe and Cu in order to enhance the spin Hall effect. Here, it is preferable that the thickness of the electromotive body 3 is set to at least the spin diffusion length of the metal material. For example, it is desirable to set 50 nm or more for Au and 10 nm or more for Pt.

〔作用の説明〕図1の熱電変換素子1において、鉛直方向(図面z方向)に温度勾配が印加されると、磁性体2のスピンゼーベック効果により、温度勾配に平行なz方向にスピンの流れ(スピン流)が誘起される。   [Explanation of Action] In the thermoelectric conversion element 1 of FIG. 1, when a temperature gradient is applied in the vertical direction (z direction in the drawing), the spin flow in the z direction parallel to the temperature gradient is caused by the spin Seebeck effect of the magnetic body 2. (Spin current) is induced.

この磁性体2において生成されたスピン流は、互いに直列接続する起電体3へと流れ込む。その後、起電体3における逆スピンホール効果によって、流れ込んだスピン流は、磁化方向に対して垂直方向であるx方向の電流(起電力)へと変換される。つまり、磁性体2と起電体3とで構成される熱電変換素子1は、印加される温度勾配から起電力を生成する。   The spin current generated in the magnetic body 2 flows into the electromotive bodies 3 connected in series with each other. Thereafter, due to the reverse spin Hall effect in the electromotive body 3, the flow of the spin current is converted into a current (electromotive force) in the x direction that is perpendicular to the magnetization direction. That is, the thermoelectric conversion element 1 composed of the magnetic body 2 and the electromotive body 3 generates an electromotive force from the applied temperature gradient.

直列接続構造の結果、個々の起電体3で生成した起電力は加算され、端部の間で加算起電力Vsumとして取り出される。すなわち、加算起電力Vsumとは個々の起電体3における起電力の和となっている。 As a result of the series connection structure, the electromotive forces generated by the individual electromotive bodies 3 are added and extracted between the ends as the added electromotive force Vsum . That is, the added electromotive force V sum is the sum of the electromotive forces in the individual electromotive bodies 3.

ここで個々の起電体3における起電力は、逆スピンホール効果が要請する対称性から、磁性体2の磁化方向と、磁性体2から起電体3にスピン流が流れ込む方向と、の両方に対して垂直な一方向(2つのベクトルの外積方向)に常に生成される。   Here, the electromotive force in each electromotive body 3 includes both the magnetization direction of the magnetic body 2 and the direction in which the spin current flows from the magnetic body 2 into the electromotive body 3 because of the symmetry required by the inverse spin Hall effect. Is always generated in one direction perpendicular to (the cross product direction of two vectors).

例えば図1に示す配置の場合、磁化方向がy方向で、スピン流がz方向に流れることから、個々の起電体3において起電力は常にx方向に生成される。従って図1のように起電体を直列接続した場合、加算電圧Vsumに対してプラスの寄与をする(一方の端部(A)から他方の端部(B)に向かって起電力を生成する)起電体もあれば、マイナスの寄与をする(他方の端部(B)から一方の端部(A)に向かって起電力を生成する)起電体もある。 For example, in the arrangement shown in FIG. 1, since the magnetization direction is the y direction and the spin current flows in the z direction, the electromotive force is always generated in the x direction in each electromotive body 3. Therefore, when the electromotive members are connected in series as shown in FIG. 1, a positive contribution is made to the added voltage V sum (an electromotive force is generated from one end (A) to the other end (B). Some electromotives make a negative contribution (generate electromotive force from the other end (B) toward one end (A)).

そこで、一方の端部(A)から他方の端部(B)に向かって起電力を生成する起電体における起電力生成効率は、他方の端部(B)から一方の端部(A)に向かって起電力を生成する起電体における起電力生成効率よりも大きくなるよう素子構造を設計する。その結果、直列接続した起電体3の加算電圧Vsumは全体としてプラスに加算される。もちろん、上記の設計を逆にして、加算電圧Vsumが全体としてマイナスに加算されるようにしてもよい。なお上記の条件を満たせば、起電体3の形状は限定されない。 Therefore, the electromotive force generation efficiency in the electromotive body that generates electromotive force from one end (A) to the other end (B) is one end (A) from the other end (B). The element structure is designed so as to be larger than the electromotive force generation efficiency of the electromotive body that generates the electromotive force toward. As a result, added voltage V sum of the electromotive element 3 connected in series is added to the positive as a whole. Of course, the above design may be reversed so that the addition voltage Vsum is added negatively as a whole. If the above conditions are satisfied, the shape of the electromotive body 3 is not limited.

なお、逆スピンホール効果によって起電力を生成するための対称性から、磁性体2の磁化方向と、起電体3に流れ込むスピン流の方向、および起電体3の延伸方向(起電力を加算する方向)の3つの方向が互いに略垂直であることが望ましいが、逆にこれらが満たされる配置であれば、熱電変換素子1の構造は本実施形態のものに限定されない。磁性体2の磁化方向や、磁性体2に対する起電体3の配置などは柔軟に変更することができる。   From the symmetry for generating an electromotive force by the reverse spin Hall effect, the magnetization direction of the magnetic body 2, the direction of the spin current flowing into the electromotive body 3, and the stretching direction of the electromotive body 3 (the electromotive force is added) However, the structure of the thermoelectric conversion element 1 is not limited to that of the present embodiment as long as the arrangement satisfies these conditions. The magnetization direction of the magnetic body 2 and the arrangement of the electromotive body 3 with respect to the magnetic body 2 can be flexibly changed.

〔効果の説明〕本実施形態における熱電変換素子1は、磁性体2の上方に設けられた起電体3が起電力を加算されるように直列接続している。そのため熱電変換素子1は、省スペースで高い出力の取り出しが可能となる。   [Explanation of Effects] The thermoelectric conversion element 1 in this embodiment is connected in series so that the electromotive force 3 provided above the magnetic material 2 is added with electromotive force. Therefore, the thermoelectric conversion element 1 can take out a high output in a small space.

〔第2の実施形態〕次に、第2の実施形態について図2を用いて説明する。図2は、本実施形態における熱電変換素子1の斜視図である。   [Second Embodiment] Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a perspective view of the thermoelectric conversion element 1 in the present embodiment.

〔構成の説明〕図2に示すように、本実施形態における熱電変換素子1は、第1の実施形態と同様に、磁性体2と、起電体3とを備えており、さらに導電体4と出力端子5、6とを備えている。   [Description of Configuration] As shown in FIG. 2, the thermoelectric conversion element 1 in this embodiment includes a magnetic body 2 and an electromotive body 3 as in the first embodiment, and further includes a conductor 4. And output terminals 5 and 6.

磁性体2は、第1の実施形態と同様に、少なくとも1つの磁化方向を有する材料であり、磁性絶縁体が好ましいが、金属磁性体も利用できる。また磁性体2の形状は、平板状であることが好ましいが、特に限定されず、また、多少の平面粗さや歪みがあっても構わない。   Similar to the first embodiment, the magnetic body 2 is a material having at least one magnetization direction, and is preferably a magnetic insulator, but a metal magnetic body can also be used. Further, the shape of the magnetic body 2 is preferably a flat plate shape, but is not particularly limited, and there may be some planar roughness or distortion.

起電体3は、第1の実施形態と同様に、磁性体2の磁化方向に対して略平行な面に複数設けられており、磁性体2の磁化方向に対して略垂直方向に長手方向を有する形状である。また起電体3と磁性体2との間に、空隙や別の構造物が設けられていてもよい。   As in the first embodiment, a plurality of electromotive bodies 3 are provided on a surface substantially parallel to the magnetization direction of the magnetic body 2, and the longitudinal direction is substantially perpendicular to the magnetization direction of the magnetic body 2. It is the shape which has. In addition, a gap or another structure may be provided between the electromotive body 3 and the magnetic body 2.

ここで出力端子5から出力端子6に向かって起電力を生成する起電体3に対して、逆に出力端子6から出力端子5に向かって起電力を生成する部分を導電体4とする。なお、起電体3の起電力生成効率は、導電体4の起電力生成効率より大きい。   Here, in contrast to the electromotive body 3 that generates an electromotive force from the output terminal 5 toward the output terminal 6, the portion that generates the electromotive force from the output terminal 6 toward the output terminal 5 is referred to as the conductor 4. The electromotive force generation efficiency of the electromotive body 3 is greater than the electromotive force generation efficiency of the conductor 4.

複数の起電体3は、互いに略平行に並んで配設されている。そして導電体4は、起電体3の延伸方向における一方の端部と、隣り合う起電体3の他方の端部とを接続している。つまり、起電体3と導電体4とが互いに交互に連続して接続しており、図2のような折り返し形状(ジグザグ型のミアンダ形状)を形成している。   The plurality of electromotive bodies 3 are arranged substantially parallel to each other. The conductor 4 connects one end in the extending direction of the electromotive body 3 and the other end of the adjacent electromotive body 3. That is, the electromotive bodies 3 and the conductors 4 are alternately and continuously connected to each other to form a folded shape (zigzag meander shape) as shown in FIG.

なお、起電体3の起電力生成効率が、導電体4の起電力生成効率より大きければ、起電体3と導電体4との接続の形状及び配置は、特に限定されない。例えば起電体3と導電体4は、図3のように互いに斜めに接続してもよい。また図4に示すような直線形状の起電体3と導電体4とを備えたスパイラル形状や、また図5に示すような曲線形状の起電体3と導電体4とを備えたスパイラル形状でもよい。   In addition, if the electromotive force production | generation efficiency of the electromotive body 3 is larger than the electromotive force production | generation efficiency of the conductor 4, the shape and arrangement | positioning of the connection of the electromotive body 3 and the conductor 4 will not be specifically limited. For example, the electromotive body 3 and the conductor 4 may be connected obliquely to each other as shown in FIG. Moreover, the spiral shape provided with the linear electromotive body 3 and the conductor 4 as shown in FIG. 4, and the spiral shape provided with the curved electromotive body 3 and the conductor 4 as shown in FIG. But you can.

また、導電体4は必ずしも起電体3の端部に限らず、端部より中心部に近い位置で接続してもよい。   Further, the conductor 4 is not necessarily limited to the end portion of the electromotive body 3, and may be connected at a position closer to the center portion than the end portion.

出力端子5および出力端子6は、一方の端部のみが他の起電体3(または導電体4)と接続している起電体3の他方の端部に設ける。このように起電体3を設けることで、最大の起電力(出力電圧)を得ることができる。   The output terminal 5 and the output terminal 6 are provided at the other end of the electromotive body 3 in which only one end is connected to the other electromotive body 3 (or the conductor 4). By providing the electromotive body 3 in this way, the maximum electromotive force (output voltage) can be obtained.

また複数の起電体3と導電体4とは、同一平面上に設けてもよい。   Moreover, you may provide the several electromotive body 3 and the conductor 4 on the same plane.

〔作用の説明〕磁性体2が平面方向に作用している磁化方向に対して、鉛直方向に温度勾配が印加されると、磁性体2のスピンゼーベック効果により、温度勾配方向にスピンの流れ(スピン流)が誘起される。   [Explanation of Action] When a temperature gradient is applied in the vertical direction with respect to the magnetization direction in which the magnetic body 2 acts in the plane direction, the spin flow (in the temperature gradient direction) due to the spin Seebeck effect of the magnetic body 2 ( Spin current) is induced.

この磁性体2において生成されたスピン流は、互いに直列接続する起電体3のスピンホール効果によって、磁化方向と垂直方向である起電体3、および導電体4の延伸方向に流れる電流に変換される。つまり、磁性体2と起電体3、および導電体4とで構成される熱電変換素子1は、印加される温度勾配から電力を生成する。ここで起電体3は、導電体4と比べて起電力生成効率が大きいため、出力端子5から出力端子6に向かう一方向に電流が流れる。   The spin current generated in the magnetic body 2 is converted into a current flowing in the extending direction of the electromotive body 3 and the conductor 4 perpendicular to the magnetization direction by the spin Hall effect of the electromotive bodies 3 connected in series with each other. Is done. That is, the thermoelectric conversion element 1 composed of the magnetic body 2, the electromotive body 3, and the conductor 4 generates electric power from the applied temperature gradient. Here, since the electromotive force 3 has higher electromotive force generation efficiency than the conductor 4, a current flows in one direction from the output terminal 5 to the output terminal 6.

〔効果の説明〕本実施形態における熱電変換素子1は、磁性体2上に設けられた複数の起電体3が、導電体4によって、起電体3と導電体4が折り返し形状やスパイラル形状を形成するように接続している。上記に示した構造により、折り返し部分などで起電力が互いにキャンセルされることなく、出力端子5から出力端子6に向かって起電力を有効に加算することができる。その結果、熱電変換素子1はサイズを大きくすることなく、省スペースで高い出力の取り出しが可能となる。   [Explanation of Effect] In the thermoelectric conversion element 1 according to the present embodiment, a plurality of electromotive bodies 3 provided on a magnetic body 2 are formed by conductors 4, and the electromotive bodies 3 and 4 are folded or spiral. Connected to form. With the structure described above, the electromotive forces can be effectively added from the output terminal 5 toward the output terminal 6 without canceling the electromotive forces at the folded portion or the like. As a result, the thermoelectric conversion element 1 can take out a high output in a small space without increasing its size.

〔第3の実施形態〕次に第3の実施形態について説明する。図6は、本実施形態の熱電変換素子1の上面図である。   [Third Embodiment] Next, a third embodiment will be described. FIG. 6 is a top view of the thermoelectric conversion element 1 of the present embodiment.

〔構造の説明〕本実施形態では、図6に示すように、起電体3と導電体4との材料が異なる。それ以外の構造、接続関係は、第2の実施形態と同様である。つまり、第3の実施形態の熱電変換素子1は、磁性体2と、起電体3と、導電体4と、出力端子5、6とを備えている。   [Description of Structure] In this embodiment, as shown in FIG. 6, the materials of the electromotive body 3 and the conductor 4 are different. Other structures and connection relationships are the same as those in the second embodiment. That is, the thermoelectric conversion element 1 of the third embodiment includes a magnetic body 2, an electromotive body 3, a conductor 4, and output terminals 5 and 6.

起電体3は、第1の実施形態と同様に、スピンホール効果(起電力生成効率)の大きな金属で構成される。例えば、PtやAuなどが好ましいがこれに限定されない。なお起電体3は、スピンホール効果を強めるために、FeやCuなどの不純物を添加してもよい。   The electromotive body 3 is made of a metal having a large spin Hall effect (electromotive force generation efficiency) as in the first embodiment. For example, Pt or Au is preferable, but not limited thereto. The electromotive body 3 may be doped with impurities such as Fe and Cu in order to enhance the spin Hall effect.

一方、導電体4は、スピンホール効果(起電力生成効率)の小さな金属で構成される。例えば導電体4は、CuやAlなどが好ましいが、起電体3よりスピンホール効果が小さい材料であれば、これに限定されない。   On the other hand, the conductor 4 is made of a metal having a small spin Hall effect (electromotive force generation efficiency). For example, the conductor 4 is preferably Cu or Al. However, the conductor 4 is not limited to this as long as the material has a smaller spin Hall effect than the electromotive body 3.

〔作用・効果の説明〕磁性体2が平面方向に作用している磁化方向に対して、鉛直方向に温度勾配が印加されると、磁性体2のスピンゼーベック効果により、温度勾配方向にスピンの流れ(スピン流)が誘起される。   [Explanation of Action / Effect] When a temperature gradient is applied in the vertical direction with respect to the magnetization direction in which the magnetic body 2 is acting in a plane direction, the spin Seebeck effect of the magnetic body 2 causes the spin in the temperature gradient direction. A flow (spin current) is induced.

この磁性体2において生成されたスピン流は、互いに直列接続する起電体3のスピンホール効果によって、磁化方向と垂直方向である起電体3の延伸方向に流れる電流に変換される。つまり、磁性体2と起電体3とで構成される熱電変換素子1は、印加される温度勾配から電力を生成する。つまり起電体3には、温度勾配方向と磁性体2の磁化方向とで決まる一方向に起電力が生成される。(図6では、右方向)
しかし、熱電変換素子1が単純な折り返し構造である場合、磁性体2から取り出され、起電体3や導電体4に生成される電流の向きは全て図面右方向であるため、図7に示すように折り返し部分で電流が互いに打ち消しあい、出力電圧がキャンセルされてしまう可能性がある。
The spin current generated in the magnetic body 2 is converted into a current flowing in the extending direction of the electromotive body 3, which is perpendicular to the magnetization direction, by the spin Hall effect of the electromotive bodies 3 connected in series with each other. That is, the thermoelectric conversion element 1 composed of the magnetic body 2 and the electromotive body 3 generates electric power from the applied temperature gradient. That is, the electromotive force is generated in the electromotive body 3 in one direction determined by the temperature gradient direction and the magnetization direction of the magnetic body 2. (Right direction in FIG. 6)
However, when the thermoelectric conversion element 1 has a simple folded structure, the directions of the currents taken out from the magnetic body 2 and generated in the electromotive body 3 and the conductor 4 are all rightward in the drawing, and therefore are shown in FIG. In this way, the currents cancel each other at the folded portion, and the output voltage may be canceled.

そこで、本実施形態では起電体3と導電体4とでスピンホール効果(起電力生成効率)が異なる材質を適用した。つまり起電体3は、スピンホール効果が大きい材質を適用し、導電体4は、スピンホール効果の小さい材質を適用した。   Therefore, in the present embodiment, materials having different spin Hall effects (electromotive force generation efficiency) are applied to the electromotive body 3 and the conductor 4. That is, the electromotive body 3 is made of a material having a large spin Hall effect, and the conductor 4 is made of a material having a small spin Hall effect.

つまり、出力端子5から出力端子6に流れる電流を生成する場合、出力端子5から出力端子6の方向に向かって起電力を生成する起電体3をスピンホール効果の大きい材質とする。そして、反対に出力端子6から出力端子5に向かって起電力を生成する導電体4を、スピンホール効果の小さい材質とする。   That is, when generating a current flowing from the output terminal 5 to the output terminal 6, the electromotive body 3 that generates an electromotive force from the output terminal 5 toward the output terminal 6 is made of a material having a large spin Hall effect. On the other hand, the conductor 4 that generates an electromotive force from the output terminal 6 toward the output terminal 5 is made of a material having a small spin Hall effect.

上記のように材質を変えることで、導電体4に流れ込むスピン流はほとんど電流に変換されず、起電体3に流れ込むスピン流は電流に変換される。そのため、出力端子5から出力端子6に向かう一方向に出力電圧を効率よく取り出すことができる。   By changing the material as described above, the spin current flowing into the conductor 4 is hardly converted into current, and the spin current flowing into the electromotive body 3 is converted into current. Therefore, the output voltage can be efficiently taken out in one direction from the output terminal 5 to the output terminal 6.

〔第4の実施形態〕次に第4の実施形態について説明する。図8は、本実施形態の熱電変換素子1の上面図である。   [Fourth Embodiment] Next, a fourth embodiment will be described. FIG. 8 is a top view of the thermoelectric conversion element 1 of the present embodiment.

〔構造の説明〕本実施形態が第2の実施形態と異なる点は、図8に示すように、起電体3と導電体4の延伸方向の幅が異なる点である。それ以外の構造、接続関係は、第2の実施形態と同様である。つまり、第4の実施形態の熱電変換素子1は、磁性体2と、起電体3と、導電体4と、出力端子5、6とを備えている。   [Description of Structure] This embodiment is different from the second embodiment in that the widths of the electromotive body 3 and the conductor 4 in the extending direction are different as shown in FIG. Other structures and connection relationships are the same as those in the second embodiment. That is, the thermoelectric conversion element 1 of the fourth embodiment includes a magnetic body 2, an electromotive body 3, a conductor 4, and output terminals 5 and 6.

本実施形態における複数の起電体3は、互いに略平行に配設されている。そして導電体4は、起電体3の延伸方向における一方の端部と、隣り合う起電体3の他方の端部とを接続している。   The plurality of electromotive bodies 3 in the present embodiment are disposed substantially parallel to each other. The conductor 4 connects one end in the extending direction of the electromotive body 3 and the other end of the adjacent electromotive body 3.

導電体4の延伸方向における幅は、起電体3の延伸方向における幅より短い。なお、本実施形態における導電体4は延伸方向の幅が異なるため、起電体3と同じ材料で形成してもよいし、また起電体3より、スピンホール効果(起電力生成効率)の小さな金属であれば限定されない。   The width of the conductor 4 in the extending direction is shorter than the width of the electromotive body 3 in the extending direction. In addition, since the conductor 4 in this embodiment differs in the width | variety of an extending | stretching direction, you may form with the same material as the electromotive body 3, and the spin Hall effect (electromotive force production | generation efficiency) is more than the electromotive body 3. If it is a small metal, it will not be limited.

また図9のように、隣り合う起電体3の間で、起電体3よりも幅が狭い誘電体4を斜め方向に接続してもよい。   Further, as shown in FIG. 9, a dielectric 4 having a narrower width than the electromotive bodies 3 may be connected in an oblique direction between the adjacent electromotive bodies 3.

〔作用・効果の説明〕磁性体2が平面方向に作用している磁化方向に対して、鉛直方向に温度勾配が印加されると、磁性体2のスピンゼーベック効果により、温度勾配方向にスピンの流れ(スピン流)が誘起される。   [Explanation of Action / Effect] When a temperature gradient is applied in the vertical direction with respect to the magnetization direction in which the magnetic body 2 is acting in a plane direction, the spin Seebeck effect of the magnetic body 2 causes the spin in the temperature gradient direction. A flow (spin current) is induced.

この磁性体2において生成されたスピン流は、互いに直列接続する起電体3のスピンホール効果によって、磁化方向と垂直方向である起電体3の延伸方向に流れる電流に変換される。つまり、磁性体2と起電体3とで構成される熱電変換素子1は、印加される温度勾配から電力を生成する。つまり起電体3には、温度勾配方向と磁性体2の磁化方向とで決まる一方向に起電力が生成される。(図8では、右方向)
しかし、熱電変換素子1が単純な折り返し構造である場合、磁性体2において生成される電流の向きは全て図面右方向であるため、図7に示すように折り返し部分で電流が互いに打ち消しあい、全体として出力がキャンセルされてしまう可能性がある。
The spin current generated in the magnetic body 2 is converted into a current flowing in the extending direction of the electromotive body 3, which is perpendicular to the magnetization direction, by the spin Hall effect of the electromotive bodies 3 connected in series with each other. That is, the thermoelectric conversion element 1 composed of the magnetic body 2 and the electromotive body 3 generates electric power from the applied temperature gradient. That is, the electromotive force is generated in the electromotive body 3 in one direction determined by the temperature gradient direction and the magnetization direction of the magnetic body 2. (In FIG. 8, right direction)
However, when the thermoelectric conversion element 1 has a simple folded structure, since the directions of currents generated in the magnetic body 2 are all rightward in the drawing, the currents cancel each other at the folded portion as shown in FIG. As a result, the output may be canceled.

そこで、本実施形態では起電体3の延長方向における幅を、導電体4の延長方向における幅より大きくした。上記構造にすることにより、起電体3においてスピン流から変換される電流を、導電体4においてスピン流から変換される電流より大きくすることができる。その結果、一方向に出力電圧を効率よく取り出すことができる。   Therefore, in this embodiment, the width in the extending direction of the electromotive body 3 is made larger than the width in the extending direction of the conductor 4. With this structure, the current converted from the spin current in the electromotive body 3 can be made larger than the current converted from the spin current in the conductor 4. As a result, the output voltage can be efficiently extracted in one direction.

つまり、出力端子5から出力端子6に流れる電流を生成する場合、出力端子5から出力端子6に向かって起電力を生成する起電体3の延長方向の幅を大きくする一方、反対に出力端子6から出力端子5に向かって起電力を生成する導電体4の延長方向の幅を小さくした。   That is, when generating a current that flows from the output terminal 5 to the output terminal 6, the width in the extending direction of the electromotive body 3 that generates an electromotive force from the output terminal 5 toward the output terminal 6 is increased, whereas the output terminal The width in the extending direction of the conductor 4 that generates an electromotive force from 6 toward the output terminal 5 was reduced.

また本実施形態における起電体3と導電体4とを同じ材質で形成することができるため、少ないプロセスで形成することができる。   Moreover, since the electromotive body 3 and the conductor 4 in this embodiment can be formed with the same material, they can be formed with fewer processes.

〔第5の実施形態〕次に第5の実施形態について説明する。図10は、本実施形態の熱電変換素子1の上面図である。   [Fifth Embodiment] Next, a fifth embodiment will be described. FIG. 10 is a top view of the thermoelectric conversion element 1 of the present embodiment.

〔構成の説明〕本実施形態が第2の実施形態と異なる点は、図10に示すように、導電体4と磁性体2の間にスピン流をブロックするバリア層8を設けている点である。それ以外の構造、接続関係は、第2の実施形態と同様である。つまり、第5の実施形態の熱電変換素子1は、磁性体2と、起電体3と、出力端子5、6とを備えている。   [Description of Configuration] This embodiment is different from the second embodiment in that a barrier layer 8 for blocking the spin current is provided between the conductor 4 and the magnetic body 2 as shown in FIG. is there. Other structures and connection relationships are the same as those in the second embodiment. That is, the thermoelectric conversion element 1 of the fifth embodiment includes a magnetic body 2, an electromotive body 3, and output terminals 5 and 6.

本実施形態における複数の起電体3は、互いに略平行に並んで配設されている。そして導電体4は、起電体3の延伸方向における一方の端部と、隣り合う起電体3の他方の端部とを接続している。導電体4の接続の形状及び配置は、特に限定されない。たとえば、起電体3と導電体4とが折り返し形状(図2のようにジグザグ型のミアンダ形状を形成するように接続するものや、図3のように斜めに接続するもの)や、図4や図5に示すようなスパイラル形状にした構造でもよい。   The plurality of electromotive bodies 3 in the present embodiment are arranged in parallel with each other. The conductor 4 connects one end in the extending direction of the electromotive body 3 and the other end of the adjacent electromotive body 3. The connection shape and arrangement of the conductor 4 are not particularly limited. For example, the electromotive body 3 and the conductor 4 are folded back (connected to form a zigzag meander shape as shown in FIG. 2, or connected obliquely as shown in FIG. 3), or FIG. Alternatively, a spiral shape as shown in FIG. 5 may be used.

なお本実施形態では、起電体3と導電体4にはスピンホール効果の大きな同一材料を用いる。ただし、起電体3は磁性体2に直接接しているのに対し、導電体4と磁性体2の間にはスピン流をブロックするバリア層8が挿入されている。   In the present embodiment, the same material having a large spin Hall effect is used for the electromotive body 3 and the conductor 4. However, while the electromotive body 3 is in direct contact with the magnetic body 2, a barrier layer 8 that blocks the spin current is inserted between the conductor 4 and the magnetic body 2.

〔作用・効果の説明〕上記のように導電体4と磁性体2の間にのみバリア層8を挿入することで、温度勾配によって生成されたスピン流はバリア層8でブロックされ、導電体4では電流は生成しない。この結果、起電体3と導電体4との間で電流がキャンセルされることなく、一方向に出力電圧を取り出すことが可能となる。なお、電極は図11のようにスパイラル状に形成することもできる。   [Description of Actions and Effects] By inserting the barrier layer 8 only between the conductor 4 and the magnetic body 2 as described above, the spin current generated by the temperature gradient is blocked by the barrier layer 8, and the conductor 4 Then, no current is generated. As a result, the output voltage can be taken out in one direction without canceling the current between the electromotive body 3 and the conductor 4. The electrodes can also be formed in a spiral shape as shown in FIG.

〔実施例1〕次に実施例1について説明する。図12は、本実施形態の熱電変換素子1の斜視図であり、図13は上面図である。   [Embodiment 1] Embodiment 1 will now be described. FIG. 12 is a perspective view of the thermoelectric conversion element 1 of the present embodiment, and FIG. 13 is a top view.

〔構造の説明〕本実施例における熱電変換素子1は、磁性体2と起電体3と導電体4と出力端子5と出力端子6と基板7とを設けている。   [Description of Structure] The thermoelectric conversion element 1 in this embodiment is provided with a magnetic body 2, an electromotive body 3, a conductor 4, an output terminal 5, an output terminal 6, and a substrate 7.

基板7は、厚さ300μmのポリイミド基板を用いる。   The substrate 7 is a polyimide substrate having a thickness of 300 μm.

磁性体2は、イットリウム鉄ガーネット(以下、YIG)を用い、常温成膜が可能なエアロゾルデポジション(AD)法を用いて基板上に膜厚200μmのYIG膜を形成する。   The magnetic body 2 uses yttrium iron garnet (hereinafter referred to as YIG) and forms a YIG film having a film thickness of 200 μm on the substrate by using an aerosol deposition (AD) method capable of forming a film at room temperature.

起電体3には、Auを用い、導電体4にはCuを用い、図13に示すような折り返しパターンを形成する。起電体3であるAuの膜厚は100nm、幅4mm、長さ40mmとし、同様に導電体4であるCuの膜厚も100nm、幅4mm、長さ40mmとする。導電体4は、延伸方向の両端部において、導電体4を挟んで対向する2つの起電体3にそれぞれ接続する凸部を設けている。なお、起電体3と導電体4との間隔は、0.5mmとする。   The electromotive body 3 is made of Au, the conductor 4 is made of Cu, and a folded pattern as shown in FIG. 13 is formed. The film thickness of Au as the electromotive body 3 is 100 nm, the width is 4 mm, and the length is 40 mm. Similarly, the film thickness of Cu as the conductor 4 is also 100 nm, the width is 4 mm, and the length is 40 mm. The conductor 4 is provided with convex portions respectively connected to two electromotive bodies 3 opposed to each other with the conductor 4 interposed therebetween at both ends in the extending direction. In addition, the space | interval of the electromotive body 3 and the conductor 4 shall be 0.5 mm.

起電体3(往路)と導電体4(復路)とで構成される電極を折り返すことで40mm×40mmの長方形サイズの電極構造を形成する。これら折り返しによって、電極の全長は364mmとなっている。全体の抵抗は、各材料の電気伝導率(Au:45.2×106S/m,Cu:59.6×106S/m)から、11.1Ω(Au部分)+6.9Ω(Cu部分)=18.0Ωとなっている。これにより、起電体3(往路)で生成される電流量が導電体4(復路)で生成される電流量より大きくなるため、出力端子5と出力端子6との間で起電力を取り出すことができる。   An electrode structure having a rectangular size of 40 mm × 40 mm is formed by folding back an electrode composed of the electromotive body 3 (outward path) and the conductor 4 (return path). By these foldings, the total length of the electrode is 364 mm. The overall resistance is 11.1Ω (Au portion) + 6.9Ω (Cu portion) = 18.0Ω from the electrical conductivity of each material (Au: 45.2 × 106 S / m, Cu: 59.6 × 106 S / m) . Thereby, since the amount of current generated in the electromotive body 3 (outward path) is larger than the amount of current generated in the conductor 4 (return path), the electromotive force is taken out between the output terminal 5 and the output terminal 6. Can do.

〔製造方法〕乾燥した平均直径300nmのYIG微粒子を磁性体2の原料とし、エアロゾル発生容器に詰めておく。また基板7を、成膜チャンバ内のホルダーに固定する。この状態で成膜チャンバとエアロゾル発生容器との間に圧力差を生じさせることで、YIG微粒子が成膜チャンバ内へと引き込まれ、ノズルを通して基板7上に吹き付けられる。   [Manufacturing Method] Dry YIG fine particles having an average diameter of 300 nm are used as the raw material of the magnetic body 2 and packed in an aerosol generating container. The substrate 7 is fixed to a holder in the film forming chamber. In this state, a pressure difference is generated between the film forming chamber and the aerosol generating container, whereby YIG fine particles are drawn into the film forming chamber and sprayed onto the substrate 7 through the nozzle.

このとき、YIG微粒子は、基板7との衝突エネルギーによって微粒子が粉砕・再結合し、基板7上にYIG多結晶が形成される。ステージを2次元的にスキャンすることで、基板7上に均一なYIG膜を成膜する。   At this time, the YIG fine particles are crushed and recombined by the collision energy with the substrate 7, and a YIG polycrystal is formed on the substrate 7. A uniform YIG film is formed on the substrate 7 by scanning the stage two-dimensionally.

起電体3はインクジェット法により形成する。最初にアルバック製のAuナノメタルインクを用い、インクジェット装置でYIG膜上にインクを吐出し、折り返し電極の起電体3(往路)をAuで形成する。その後、同様にCuナノインクを用いて、折り返し電極の導電体4(復路)をCuで形成する。   The electromotive body 3 is formed by an ink jet method. First, using Au nanometal ink made by ULVAC, ink is ejected onto the YIG film by an ink jet device, and the electromotive body 3 (outward path) of the folded electrode is formed of Au. Thereafter, the conductor 4 (return path) of the folded electrode is similarly formed of Cu using Cu nano ink.

〔実施例2〕次に実施例2について説明する。図14は、本実施形態の熱電変換素子1の上面図である。   [Embodiment 2] Embodiment 2 will now be described. FIG. 14 is a top view of the thermoelectric conversion element 1 of the present embodiment.

〔構造の説明〕本実施例における熱電変換素子1は、磁性体2と起電体3と導電体4と出力端子5と出力端子6と基板7とを設けている。   [Description of Structure] The thermoelectric conversion element 1 in this embodiment is provided with a magnetic body 2, an electromotive body 3, a conductor 4, an output terminal 5, an output terminal 6, and a substrate 7.

基板7は、厚さ500μmのポリイミド基板を用いる。   As the substrate 7, a polyimide substrate having a thickness of 500 μm is used.

磁性体2として膜厚200μmのYIGを実施例1と同様にエアロゾルデポジション(AD)法で成膜する。   A YIG film having a film thickness of 200 μm is formed as the magnetic body 2 by the aerosol deposition (AD) method as in the first embodiment.

実施例1と異なり、Au一種類だけで形成する代わりに、図14のように起電体3(往路)と導電体4(復路)での構造非対称性を利用する。起電体3と導電体4の膜厚は100nmとし、起電体3(往路)の電極幅を3mmとする一方、導電体4(復路)の電極幅を1mmと細くする。これにより、導電体4(往路)で生成される電流量が導電体4(復路)で生成される電流量より大きくなるため、出力端子5と出力端子6との間で起電力を取り出すことができる。   Unlike Example 1, instead of forming with only one kind of Au, structural asymmetry between the electromotive body 3 (outward path) and the conductor 4 (return path) is used as shown in FIG. The film thickness of the electromotive body 3 and the conductor 4 is 100 nm, the electrode width of the electromotive body 3 (outward path) is 3 mm, and the electrode width of the conductor 4 (return path) is narrowed to 1 mm. As a result, since the amount of current generated in the conductor 4 (outward path) is larger than the amount of current generated in the conductor 4 (return path), the electromotive force can be taken out between the output terminal 5 and the output terminal 6. it can.

〔製造方法の説明〕磁性体2は、実施例1と同様に、基板7上にAD法により成膜する。   [Description of Manufacturing Method] As in Example 1, the magnetic body 2 is formed on the substrate 7 by the AD method.

起電体3は、無電解金めっき法により形成する。日立化成工業製の、亜硫酸金ナトリウムを金塩として含有する金メッキ液を用い、次亜リン酸塩を還元剤として金メッキ膜をYIG膜上に成膜する。   The electromotive body 3 is formed by an electroless gold plating method. Using a gold plating solution containing gold sodium sulfite as a gold salt manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd., a gold plating film is formed on the YIG film using hypophosphite as a reducing agent.

なお本発明の応用は、温度勾配から電力を生成する熱電発電に限られない。例えば折り返し構造によって電極の実効長を長くして熱起電力を高めることで、高感度な熱センサとしても利用できる。また、熱電発電の逆効果であるペルチェ冷却用の電極としても本発明の電極構造を適用することができる。   The application of the present invention is not limited to thermoelectric power generation that generates electric power from a temperature gradient. For example, it can be used as a highly sensitive heat sensor by increasing the effective electromotive force by increasing the effective length of the electrode by a folded structure. The electrode structure of the present invention can also be applied as an electrode for Peltier cooling, which is the opposite effect of thermoelectric power generation.

1 熱電変換素子
2 磁性体
3 起電体
4 導電体
5 出力端子
6 出力端子
7 基板
8 バリア層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thermoelectric conversion element 2 Magnetic body 3 Electromotive body 4 Electric conductor 5 Output terminal 6 Output terminal 7 Board | substrate 8 Barrier layer

Claims (10)

一方向の磁化方向を有する一の磁性体と、
前記一の磁性体に配設され複数の起電体とで構成され、
前記複数の起電体は、スピン軌道相互作用を有する材料を含み、
前記複数の起電体同士の起電力が加算されるように直列に接続されていることを特徴とする熱電変換素子。
One and the magnetic material having a unidirectional magnetization direction,
A plurality of electromotive members disposed on the one magnetic body ;
The plurality of electromotive bodies includes a material having a spin orbit interaction,
The thermoelectric conversion element is connected in series so that the electromotive forces of the plurality of electromotive bodies are added.
互いに直列接続された前記起電体において、
一方の端部から他方の端部に向かって起電力を生成する前記起電体の起電力生成効率は、
他方の端部から一方の端部に向かって起電力を生成する前記起電体の起電力生成効率より大きいことを特徴とする請求項1に記載の熱電変換素子。
In the electromotive bodies connected in series with each other,
The electromotive force generation efficiency of the electromotive body that generates an electromotive force from one end to the other end is:
2. The thermoelectric conversion element according to claim 1, wherein the electromotive force generation efficiency of the electromotive body that generates an electromotive force from the other end portion toward the one end portion is larger than the electromotive force generation efficiency.
前記複数の起電体は、前記磁化方向に対して略垂直方向に長手方向を有する形状であり、互いに略平行に配設されていることを特徴とする請求項2に記載の熱電変換素子。   The thermoelectric conversion element according to claim 2, wherein the plurality of electromotive bodies have a shape having a longitudinal direction in a direction substantially perpendicular to the magnetization direction, and are disposed substantially parallel to each other. 前記複数の起電体のうち少なくとも1つは、長手方向の一方の端部に出力端子が設けられ、他方の端部は他の前記起電体と接続していることを特徴とする請求項3に記載の熱電変換素子。   The at least one of the plurality of electromotive bodies is provided with an output terminal at one end portion in a longitudinal direction, and the other end portion is connected to the other electromotive body. 3. The thermoelectric conversion element according to 3. 前記他方の端部から一方の端部に向かって起電力を生成する前記起電体は、導電体で構成され
前記起電体における長手方向の一方の端部は、隣接する導電体の他方の端部と接続して折り返し形状を形成していることを特徴とする請求項4に記載の熱電変換素子。
The electromotive body that generates an electromotive force from the other end portion toward one end portion is configured by a conductor, and one end portion in the longitudinal direction of the electromotive body is the other end of the adjacent conductor. The thermoelectric conversion element according to claim 4, wherein the thermoelectric conversion element is connected to the end portion to form a folded shape.
前記他方の端部から一方の端部に電流が流れる前記起電体は、導電体で構成され
前記起電体における長手方向の一方の端部は、導電体の端部と接続して、スパイラル形状を形成していることを特徴とする請求項4に記載の熱電変換素子。
The electromotive body in which a current flows from the other end portion to the one end portion is composed of a conductor ,
The thermoelectric conversion element according to claim 4, wherein one end portion of the electromotive body in the longitudinal direction is connected to an end portion of the conductor to form a spiral shape.
前記複数の起電体は、導電体により直列に接続され
前記起電体の起電力生成効率は、前記導電体の起電力生成効率と異なることを特徴とする請求項に記載の熱電変換素子。
The plurality of electromotive bodies are connected in series by a conductor ,
Electromotive force generation efficiency of the photovoltaic body, the thermoelectric conversion element according to claim 1, characterized in that different electromotive force generation efficiency of the conductor.
前記導電体の延伸方向の幅が、前記複数の起電体の延伸方向の幅より狭いことを特徴とする請求項5から7のいずれか一項に記載の熱電変換素子。 The thermoelectric conversion element according to any one of claims 5 to 7, wherein a width of the conductor in a stretching direction is narrower than a width of the plurality of electromotive bodies in a stretching direction. 前記導電体が、前記複数の起電体よりもスピン軌道相互作用の小さい材料を含むことを特徴とする請求項5から8のいずれか一項に記載の熱電変換素子。 The thermoelectric conversion element according to any one of claims 5 to 8 , wherein the conductor includes a material having a smaller spin-orbit interaction than the plurality of electromotive bodies. 前記導電体と前記磁性体とのあいだに、バリア層を設けていることを特徴とする請求項5から9のいずれか一項に記載の熱電変換素子。 The thermoelectric conversion element according to claim 5 , wherein a barrier layer is provided between the conductor and the magnetic body.
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