JP6042626B2 - Magnetic permeability variable element and magnetic force control device - Google Patents

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本発明は、透磁率可変素子、および透磁率可変素子を用いた磁力制御装置に関するものである。   The present invention relates to a magnetic permeability variable element and a magnetic force control device using the magnetic permeability variable element.

一般的に磁力の制御は、図9に示すように、軟磁性体から構成された磁気回路の一部に電磁石(コイル)を配置し、コイルに流す電流を制御することによって行われている。図9において、100はヨーク(継鉄)、101はコイル、102は磁力を印加する対象となる磁性体からなるワーク、103は磁束の流れ、104はワーク102に働く吸引力である。実際の使用では、例えば、ワーク102には図示しないバネなどが取付けられており、磁力とバネの力とのバランスでワーク102の位置が決まるようになっている。磁力制御の具体的な用途としては、ソレノイド、リレー、モータ、アクチュエータ、電磁バルブ、磁気ヘッドなどがある。コイルは安価で便利であるが、消費電力やサイズが大きく、また無駄な熱を大量に発生させるために効率が悪く、熱による周辺部品や磁力制御装置自体への影響も大きい。   In general, as shown in FIG. 9, the magnetic force is controlled by disposing an electromagnet (coil) in a part of a magnetic circuit made of a soft magnetic material and controlling a current flowing through the coil. In FIG. 9, 100 is a yoke (yoke), 101 is a coil, 102 is a work made of a magnetic material to which a magnetic force is applied, 103 is a flow of magnetic flux, and 104 is an attractive force acting on the work 102. In actual use, for example, a spring (not shown) or the like is attached to the workpiece 102, and the position of the workpiece 102 is determined by the balance between the magnetic force and the force of the spring. Specific applications of magnetic force control include solenoids, relays, motors, actuators, electromagnetic valves, and magnetic heads. Although the coil is inexpensive and convenient, it consumes a large amount of power and size, is inefficient because it generates a large amount of wasted heat, and the influence of heat on peripheral components and the magnetic force control device itself is large.

永久磁石を用いて、永久磁石と動作点(例えば、ワークの位置)との距離や磁気回路中に設けられたギャップ(空隙)の間隔を機械的に変化させることにより磁力を変化させる例もあるが、磁力に対抗する大きな力が必要である。また、軟磁性体の磁化がキュリー温度以上で消失することを利用して磁力をON/OFFさせて接点の開閉を行うサーモスタットも使用されているが、温度変化が必要であり、使用範囲も限定される。   There is also an example in which a permanent magnet is used to change the magnetic force by mechanically changing the distance between the permanent magnet and the operating point (for example, the position of the workpiece) or the gap (gap) provided in the magnetic circuit. However, a large force against the magnetic force is necessary. In addition, thermostats that use the fact that the magnetization of soft magnetic materials disappears above the Curie temperature to open and close the contacts by turning on and off the magnetic force are also used, but the temperature change is necessary and the use range is also limited Is done.

また、特許文献1には、永久磁石を磁力発生源とし、この永久磁石を含む磁気回路に配置した、キュリー温度の低い軟磁性体の温度を微小なヒータで加熱制御することによって透磁率を変化させる磁気ヘッドが開示されている。
特許文献2には、永久磁石を磁力発生源とし、この永久磁石を含む磁気回路に配置した磁歪素子に応力印加素子等によって応力をかけて磁歪素子を歪ませ、磁気特性(透磁率、磁気抵抗)を変化させることにより磁束を制御する磁気ドライブ機構が開示されている。
Further, in Patent Document 1, the magnetic permeability is changed by controlling the temperature of a soft magnetic material having a low Curie temperature, which is arranged in a magnetic circuit including the permanent magnet, with a small heater, using a permanent magnet as a magnetic force generation source. A magnetic head is disclosed.
In Patent Document 2, a permanent magnet is used as a magnetic force generation source, and a magnetostrictive element placed in a magnetic circuit including the permanent magnet is stressed by a stress applying element or the like to distort the magnetostrictive element, and magnetic characteristics (permeability, magnetic resistance, etc.). ) Is disclosed to control the magnetic flux by changing the above.

特開昭63−37810号公報JP 63-37810 A 特開2006−304584号公報JP 2006-304584 A

以上のようにコイルを用いた一般的な磁力制御装置では、消費電力やサイズが大きく、また効率が悪く、周辺機器や磁力制御装置自体への熱影響も大きいという問題点があった。また、コイルが電磁ノイズの発生源になるという問題点があった。
また、永久磁石を用いて、永久磁石と動作点(例えば、ワークの位置)との距離や磁気回路中に設けられたギャップ(空隙)の間隔を機械的に変化させることにより磁力を変化させる磁力制御装置では、磁力に対抗する大きな力が必要になるという問題点があり、軟磁性体の磁化がキュリー温度以上で消失することを利用して磁力をON/OFFさせる磁力制御装置では、使用範囲が限定されるという問題点があった。
As described above, a general magnetic force control device using a coil has a problem that power consumption and size are large, efficiency is low, and a thermal influence on peripheral devices and the magnetic force control device itself is large. Further, there is a problem that the coil becomes a source of electromagnetic noise.
A magnetic force that changes the magnetic force by using a permanent magnet to mechanically change the distance between the permanent magnet and the operating point (for example, the position of the workpiece) or the gap (gap) provided in the magnetic circuit. In the control device, there is a problem that a large force to counteract the magnetic force is required, and in the magnetic control device that turns on / off the magnetic force using the fact that the magnetization of the soft magnetic material disappears at the Curie temperature or higher, the range of use is There was a problem that was limited.

また、特許文献1に開示された磁気ヘッドは、キュリー温度付近以上では使用できず、加熱に電力が必要であり、形状が大きくなる場合は消費電力が大きく、応答も遅くなるという問題点があった。
また、特許文献2に開示された磁気ドライブ機構では、磁歪素子を歪ませるために大きな力が必要であり、磁歪素子を歪ませることによって得られる透磁率変化量(磁気抵抗変化量)もわずかであり、効率が悪いという問題点があった。
In addition, the magnetic head disclosed in Patent Document 1 cannot be used near the Curie temperature, requires electric power for heating, has a problem that power consumption increases and response slows when the shape increases. It was.
Further, the magnetic drive mechanism disclosed in Patent Document 2 requires a large force to distort the magnetostrictive element, and the magnetic permeability change amount (magnetoresistance change amount) obtained by distorting the magnetostrictive element is also small. There was a problem that it was inefficient.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、低消費電力で発熱が少ない磁力制御装置を実現することができる透磁率可変素子、およびこの透磁率可変素子を用いた磁力制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above problems, and provides a magnetic permeability variable element capable of realizing a magnetic force control apparatus with low power consumption and low heat generation, and a magnetic force control apparatus using the magnetic permeability variable element. The purpose is to provide.

本発明の透磁率可変素子は、無機半導体または有機半導体からなるマトリックス中に多数の磁性ナノ粒子を分散させた磁性ナノコンポジット膜と、この磁性ナノコンポジット膜に電界を印加する電界印加手段とからなり、前記磁性ナノコンポジット膜に電界を印加することにより、前記磁性ナノ粒子間の相互作用を変化させて、前記磁性ナノコンポジット膜の磁気特性を変化させることを特徴とするものである。
また、本発明の透磁率可変素子の1構成例において、前記電界印加手段は、前記磁性ナノコンポジット膜の上面または下面の少なくとも一方の面に形成された絶縁膜と、この絶縁膜を挟んで前記磁性ナノコンポジット膜と対向するように前記絶縁膜上に形成された電極膜とを備え、前記電極膜への電圧印加により前記磁性ナノコンポジット膜へ電界を印加することを特徴とするものである。
また、本発明の透磁率可変素子の1構成例において、前記磁性ナノ粒子は、単磁区であり室温付近で超常磁性を示す。
また、本発明の透磁率可変素子の1構成例において、前記磁性ナノ粒子は、Fe,Co,Niのうち少なくとも1つを含む材料からなる。
また、本発明の透磁率可変素子の1構成例において、前記磁性ナノ粒子は、粒径が2〜20nmであり、磁性ナノ粒子同士の粒子表面間距離が0.5〜5nmである
また、本発明の透磁率可変素子の1構成例において、前記磁性ナノ粒子は、その外周部に保護層が形成されている。
また、本発明の透磁率可変素子の1構成例は、さらに、前記絶縁膜と接する面と反対側の磁性ナノコンポジット膜の面に形成された接地電極膜を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の透磁率可変素子の1構成例は、前記磁性ナノコンポジット膜と前記絶縁膜と前記電極膜とを構成単位として、近接する2つの磁性ナノコンポジット膜が互いに向き合うようにして前記構成単位を複数積層し、前記2つの磁性ナノコンポジット膜の間に接地電極膜を設けることを特徴とするものである。
The magnetic permeability variable element of the present invention comprises a magnetic nanocomposite film in which a large number of magnetic nanoparticles are dispersed in a matrix made of an inorganic semiconductor or an organic semiconductor, and an electric field applying means for applying an electric field to the magnetic nanocomposite film. By applying an electric field to the magnetic nanocomposite film, the interaction between the magnetic nanoparticles is changed to change the magnetic properties of the magnetic nanocomposite film.
Further, in one configuration example of the magnetic permeability variable element of the present invention, the electric field applying means includes an insulating film formed on at least one of the upper surface and the lower surface of the magnetic nanocomposite film, and the insulating film sandwiched between the insulating film. And an electrode film formed on the insulating film so as to face the magnetic nanocomposite film, and an electric field is applied to the magnetic nanocomposite film by applying a voltage to the electrode film.
Moreover , in one structural example of the magnetic permeability variable element of the present invention, the magnetic nanoparticles are single magnetic domains and exhibit superparamagnetism near room temperature.
Moreover, in one structural example of the magnetic permeability variable element of the present invention, the magnetic nanoparticles are made of a material containing at least one of Fe, Co, and Ni.
Additionally, in an example of the magnetic permeability variable element of the present invention, the magnetic nanoparticles, the particle size is 2~20nm der is, the particle surface distance between the magnetic nanoparticles are 0.5 to 5 nm.
Moreover, in one structural example of the magnetic permeability variable element of the present invention, the magnetic nanoparticles have a protective layer formed on the outer periphery thereof.
In addition, one configuration example of the magnetic permeability variable element of the present invention further includes a ground electrode film formed on the surface of the magnetic nanocomposite film opposite to the surface in contact with the insulating film. .
In addition, one configuration example of the magnetic permeability variable element according to the present invention is configured such that two magnetic nanocomposite films adjacent to each other face each other with the magnetic nanocomposite film, the insulating film, and the electrode film as structural units. A plurality of units are stacked, and a ground electrode film is provided between the two magnetic nanocomposite films.

また、本発明の磁力制御装置は、永久磁石と、この永久磁石と共に磁気回路を構成するヨークと、前記磁気回路中に配置された単数または複数の透磁率可変素子とを備え、前記透磁率可変素子は、前記磁気回路に対して並列配置、直列配置、あるいはブリッジ型配置のうち少なくとも1つの形態で配置されることを特徴とするものである。   The magnetic force control device of the present invention includes a permanent magnet, a yoke that forms a magnetic circuit together with the permanent magnet, and one or more magnetic permeability variable elements arranged in the magnetic circuit, and the magnetic permeability variable. The element is arranged in at least one of a parallel arrangement, a series arrangement, and a bridge arrangement with respect to the magnetic circuit.

本発明によれば、低消費電力で発熱が少ない透磁率可変素子を実現することができ、周辺機器への熱影響を大幅に低減することができる。本発明では、透磁率可変素子にコイルを用いないため電磁ノイズの発生がない。そのため、本発明の透磁率可変素子を利用すれば、医療分野などでも利用しやすい磁力制御装置を実現することができる。また、本発明では、外部からの電磁ノイズの影響も受け難くなる。さらに、本発明では、従来の磁力制御装置のように大きな力を必要とせず、加熱も必要としないので、磁力制御装置の使用範囲を広げることができる。   According to the present invention, it is possible to realize a magnetic permeability variable element with low power consumption and little heat generation, and it is possible to greatly reduce the thermal influence on peripheral devices. In the present invention, since no coil is used for the magnetic permeability variable element, no electromagnetic noise is generated. Therefore, if the magnetic permeability variable element of the present invention is used, a magnetic force control device that can be easily used in the medical field or the like can be realized. In the present invention, it is difficult to be affected by electromagnetic noise from the outside. Further, in the present invention, unlike the conventional magnetic force control device, no large force is required and no heating is required, so that the range of use of the magnetic force control device can be expanded.

また、本発明では、磁性ナノ粒子の外周部に保護層を形成することにより、磁性ナノ粒子の酸化防止を実現することができる。   Moreover, in this invention, the oxidation prevention of a magnetic nanoparticle is realizable by forming a protective layer in the outer peripheral part of a magnetic nanoparticle.

また、本発明では、磁性ナノコンポジット膜と絶縁膜と電極膜とを構成単位として、構成単位を複数積層することにより、磁気特性を制御する効果を高めることができる。   Also, in the present invention, the effect of controlling magnetic properties can be enhanced by stacking a plurality of structural units with the magnetic nanocomposite film, the insulating film, and the electrode film as structural units.

本発明の第1の実施の形態に係る透磁率可変素子の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the magnetic permeability variable element which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る透磁率可変素子の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the magnetic permeability variable element which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係る透磁率可変素子の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the magnetic permeability variable element which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係る磁力制御装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the magnetic force control apparatus which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態に係る磁力制御装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the magnetic force control apparatus which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施の形態に係る磁力制御装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the magnetic force control apparatus which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施の形態に係る磁力制御装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the magnetic force control apparatus which concerns on the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第8の実施の形態に係る磁力制御装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the magnetic force control apparatus which concerns on the 8th Embodiment of this invention. 従来の磁力制御装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional magnetic force control apparatus.

[発明の原理]
本発明の透磁率可変素子は、半導体からなるマトリックス(母材)中に磁性ナノ粒子が分散した磁性ナノコンポジット膜に(磁性ナノコンポジット膜の上面または下面の少なくとも一方の面に絶縁膜を介して電極膜を形成し、電極膜に接続された電圧印加手段で、)与える電界を制御することにより、半導体マトリックス中を動くことができるキャリア(電子や正孔)の密度(濃度)を変化させ、磁性ナノコンポジット膜中の磁性ナノ粒子間のキャリアを介した相互作用の強さを変化させて、磁性ナノコンポジット膜の透磁率(あるいは、磁気抵抗、磁化率、磁化の強さ)等の磁気特性を変化させるものである。
[Principle of the Invention]
The magnetic permeability variable element of the present invention is a magnetic nanocomposite film in which magnetic nanoparticles are dispersed in a semiconductor matrix (base material) (with an insulating film on at least one of the upper and lower surfaces of the magnetic nanocomposite film). By forming an electrode film and controlling the electric field applied (with voltage application means connected to the electrode film), the density (concentration) of carriers (electrons and holes) that can move in the semiconductor matrix is changed, Magnetic properties such as magnetic permeability (or magnetoresistance, magnetic susceptibility, strength of magnetization) of the magnetic nanocomposite film by changing the strength of the interaction between the magnetic nanoparticles in the magnetic nanocomposite film via carriers. Is something that changes.

マトリックスとなる半導体としては、無機物や有機物がある。無機半導体としては、例えばアモルファスシリコンやポリシリコン、アモルファス酸化物などがある。有機半導体としては、π共役系で電界によりキャリアを注入できるものであり、高分子系や低分子系があり、例えばポリアニリン、ポリアセン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアセチレン、ペンタセンなどのポリマーや、これらの誘導体、複合体などがある。   As a semiconductor to be a matrix, there are inorganic substances and organic substances. Examples of the inorganic semiconductor include amorphous silicon, polysilicon, and amorphous oxide. As an organic semiconductor, carriers can be injected by an electric field in a π-conjugated system, and there are high molecular systems and low molecular systems. And derivatives and complexes thereof.

磁性ナノ粒子は、Fe,Co,Niの単体、または、そのうちの少なくとも1つを含む材料、具体的にはFe,Co,Niのうち少なくとも1つを含む化合物(例えば、Fe34)や合金(例えば、FeCo、NiFe)などからなる。磁性ナノ粒子は、単磁区であり、室温付近で超常磁性を示す粒径1〜40nm(より好ましくは2〜20nm)程度のものである。このような磁性ナノ粒子を0.1〜10nm(より好ましくは0.5〜5nm)程度の間隔でマトリックス中にほぼ均一に分散させて配置する。 The magnetic nanoparticles may be Fe, Co, Ni alone or a material containing at least one of them, specifically, a compound containing at least one of Fe, Co, Ni (for example, Fe 3 O 4 ), It is made of an alloy (for example, FeCo, NiFe). A magnetic nanoparticle is a single magnetic domain and has a particle diameter of 1 to 40 nm (more preferably 2 to 20 nm) that exhibits superparamagnetism near room temperature. Such magnetic nanoparticles are arranged in a substantially uniformly dispersed manner in the matrix at intervals of about 0.1 to 10 nm (more preferably 0.5 to 5 nm).

[磁性ナノコンポジット中の磁性ナノ粒子間のキャリアを介した相互作用]
以下、磁性ナノコンポジット中の磁性ナノ粒子間のキャリアを介した相互作用について説明する。マトリックス(母材)が無機半導体の場合、磁性ナノ粒子間の相互作用は、半導体中のキャリア(電子や正孔)を介して隣接する磁性ナノ粒子間で働く間接交換相互作用(RKKY相互作用)によるものである。つまり、本発明の透磁率可変素子は、半導体からなるマトリックス中に超常磁性の特性を示す磁性ナノ粒子が分散した磁性ナノコンポジット膜の上面または下面の少なくとも一方の面に絶縁膜を介して電極膜を形成し、電極膜に接続された電圧印加手段で磁性ナノコンポジット膜に与える電界を制御することにより、マトリックス中を動くことができるキャリア(電子や正孔)の密度を変化させ、磁性ナノコンポジット膜中の磁性ナノ粒子間のキャリアを介した間接交換相互作用(RKKY相互作用)の強さを変化させて、磁性ナノコンポジット膜の透磁率等の磁気特性を変化させるというものである。キャリア密度が増えると、相互作用は強くなる。
[Carrier-mediated interaction between magnetic nanoparticles in magnetic nanocomposites]
Hereinafter, the interaction between the magnetic nanoparticles in the magnetic nanocomposite via the carrier will be described. When the matrix (base material) is an inorganic semiconductor, the interaction between magnetic nanoparticles is an indirect exchange interaction (RKKY interaction) that works between adjacent magnetic nanoparticles via carriers (electrons and holes) in the semiconductor. Is due to. That is, the magnetic permeability variable element according to the present invention is an electrode film having an insulating film on at least one of the upper and lower surfaces of a magnetic nanocomposite film in which magnetic nanoparticles exhibiting superparamagnetic properties are dispersed in a semiconductor matrix. By changing the density of carriers (electrons and holes) that can move in the matrix by controlling the electric field applied to the magnetic nanocomposite film by voltage application means connected to the electrode film, the magnetic nanocomposite The strength of indirect exchange interaction (RKKY interaction) via carriers between magnetic nanoparticles in the film is changed to change magnetic properties such as magnetic permeability of the magnetic nanocomposite film. As the carrier density increases, the interaction becomes stronger.

電極膜に正電圧を与えると、絶縁膜近傍の半導体マトリックス中には電子が蓄積され、負電圧を与えると正孔が蓄積される。間接交換相互作用(RKKY相互作用)は、一般的に伝導電子を媒介としたスピン間の相互作用であり、例えば5〜10nm程度の距離まで作用し、粒子(表面)間距離の3乗に反比例する。また、粒子(表面)間距離に対してスピンの向きを平行(強磁性的)または反平行(反強磁性的)にする作用が余弦関数的に振動し、その作用の周期は伝導電子のフェルミ波数で決められる。   When a positive voltage is applied to the electrode film, electrons are accumulated in the semiconductor matrix near the insulating film, and when a negative voltage is applied, holes are accumulated. The indirect exchange interaction (RKKY interaction) is generally an interaction between spins mediated by conduction electrons, for example, acting up to a distance of about 5 to 10 nm and inversely proportional to the cube of the distance between particles (surface). To do. In addition, the action of making the spin direction parallel (ferromagnetic) or antiparallel (antiferromagnetic) to the distance between particles (surface) oscillates in a cosine function, and the period of the action is Fermi of conduction electrons. Determined by wave number.

よって、磁性ナノ粒子間距離の設定に応じて、キャリアの増加により超常磁性→強磁性(透磁率大)に変化させたり、超常磁性→反強磁性(透磁率小)に変化させたりすることができる。まず、磁性ナノ粒子間が近い側では強磁性になり、磁性ナノ粒子間が離れていくと反強磁性になり、さらに離れていくと強磁性になる、というように余弦関数的に振動しながら作用が減衰していくため、大きな効果を得るためには、磁性ナノ粒子同士が接触または近接して磁性ナノ粒子同士の電子軌道が重なり、直接交換相互作用が起こる距離よりは離間した上で、出来るだけ粒子表面間を例えば、0.5〜2nm程度に近接させて動作させることが好ましい。   Therefore, depending on the setting of the distance between magnetic nanoparticles, it can be changed from superparamagnetism to ferromagnetism (high permeability) or from superparamagnetism to antiferromagnetism (low permeability) by increasing the number of carriers. it can. First, it becomes ferromagnetism when the magnetic nanoparticles are close to each other, becomes antiferromagnetic when the magnetic nanoparticles are separated from each other, and becomes ferromagnetic when it is further away from each other, while oscillating like a cosine function. Since the action is attenuated, in order to obtain a large effect, the magnetic nanoparticles contact or approach each other, the electron orbits of the magnetic nanoparticles overlap, and apart from the distance where direct exchange interaction occurs, It is preferable to operate with particle surfaces as close as possible to, for example, about 0.5 to 2 nm.

[磁性ナノ粒子の超常磁性]
次に、磁性ナノ粒子の超常磁性について説明する。通常のバルクの強磁性体は静磁エネルギーを下げるため磁壁を作り磁区と呼ばれる多数の領域に分かれている多磁区構造となっているが、磁性体のサイズが数10〜数100nm程度以下になると、磁壁を作るエネルギーの方が大きくなるため磁区に分かれず単磁区構造をとるようになる。単磁区構造では、保磁力の最大値が現れる。
[Superparamagnetism of magnetic nanoparticles]
Next, superparamagnetism of magnetic nanoparticles will be described. A normal bulk ferromagnet has a multi-domain structure in which a domain wall is formed to reduce magnetostatic energy and is divided into a number of regions called magnetic domains. However, when the size of the magnetic material is about several tens to several hundreds of nm or less. Since the energy for creating the domain wall is larger, the magnetic domain is not divided into a single domain structure. In the single domain structure, the maximum coercive force appears.

超常磁性とは、さらに強磁性体粒子の径を数10nm程度以下にすると、各粒子の磁化方向を一定方向にして磁化の回転の障壁となる磁気異方性エネルギー(KuV)が熱振動エネルギー(KBT)より小さくなる(KuV<KBT)ため、粒子内では磁化方向は揃っているが粒子間では磁化方向がばらばらになっている性質のことを言う。ここで、Kuは結晶磁気異方性定数、Vは体積、KBはボルツマン定数、Tは温度である。超常磁性では、基本的に保磁力や磁化曲線のヒステリシスが無くなり、磁化の大きさは常磁性体よりも4〜5桁も大きく、飽和に要する磁界が小さい。超常磁性状態の磁性ナノ粒子を使用することによって、磁性ナノコンポジット膜の透磁率等の磁気特性を変化させやすくなり、磁気特性の変化の範囲も大きくなる。 Superparamagnetism means that when the diameter of a ferromagnetic particle is set to about several tens of nanometers or less, the magnetic anisotropy energy (K u V) serving as a barrier to the rotation of magnetization with the magnetization direction of each particle being made constant is thermally oscillated. Since it is smaller than the energy (K B T) (K u V <K B T), it means the property that the magnetization direction is uniform within the particle, but the magnetization direction is different between the particles. Here, K u is crystal magnetic anisotropy constant, V is the volume, K B is the Boltzmann constant, T is temperature. Superparamagnetism basically eliminates coercivity and hysteresis of the magnetization curve, the magnitude of magnetization is 4 to 5 orders of magnitude larger than that of paramagnetic material, and the magnetic field required for saturation is small. By using magnetic nanoparticles in a superparamagnetic state, it becomes easy to change magnetic properties such as magnetic permeability of the magnetic nanocomposite film, and the range of change of magnetic properties is also increased.

[磁性ナノ粒子間に働く相互作用全体]
ここで、磁性ナノ粒子間に働く相互作用の種類について詳細に説明しておく。まず、磁性ナノ粒子間に働く相互作用は大きく2つに分けられる。その1つは、ナノ構造に限らず磁気モーメントを持つすべての磁性体間で長距離にわたり作用する静磁気学的な「双極子間相互作用」である。マトリックスが非磁性・絶縁体の場合は、「双極子間相互作用」の影響が大きくなる。もう1つは、ナノ構造特有の量子力学的な相互作用である「直接交換相互作用」、「超交換相互作用」、「間接交換相互作用(RKKY相互作用)」、「2重交換相互作用」などである。
[Whole interaction between magnetic nanoparticles]
Here, the kind of interaction which acts between magnetic nanoparticles is demonstrated in detail. First, the interaction between magnetic nanoparticles is roughly divided into two. One of them is magnetostatic "dipole-dipole interaction" that acts over a long distance between all magnetic materials having a magnetic moment, not limited to nanostructures. When the matrix is non-magnetic / insulator, the influence of “dipole interaction” becomes large. The other is “direct exchange interaction”, “super exchange interaction”, “indirect exchange interaction (RKKY interaction)”, “double exchange interaction”, which are quantum mechanical interactions peculiar to nanostructures. Etc.

「直接交換相互作用」は、隣接原子間の電子の重なりにより原子間のスピンの向きをそろえ強磁性や反強磁性を生み出す作用であり、その強さは「双極子間相互作用」よりも3桁程度大きいことが知られている。「直接交換相互作用」は、磁性ナノ粒子同士が接触、または磁性ナノ粒子表面間の距離が原子間距離の数倍程以下(例えば1nm程度以下)であり、磁性ナノ粒子間が磁性かつ導電性のマトリックス材料で分離されているようなときに作用する。   "Direct exchange interaction" is an action that creates ferromagnetism and antiferromagnetism by aligning the spin direction between atoms by overlapping electrons between adjacent atoms, and its strength is 3 more than "dipole interaction". It is known to be about orders of magnitude larger. “Direct exchange interaction” means that the magnetic nanoparticles are in contact with each other, or the distance between the surfaces of the magnetic nanoparticles is about several times less than the distance between atoms (for example, about 1 nm or less), and the magnetic nanoparticles are magnetic and conductive. This works when separated by a matrix material.

「超交換相互作用」は、酸化物磁性体などにおける、酸素やハロゲンなどの陰イオンを媒介としたスピン相互作用であり、主として反強磁性的に働く。「超交換相互作用」によると、イオン間の角度が180度のときは反強磁性、90度のときは強磁性になることが報告されている。「間接交換相互作用(RKKY相互作用)」は、上述したとおりであり、磁性ナノ粒子間が非磁性・導電性のマトリックス材料で分離されているときに作用する。「2重交換相互作用」は、電子の移動と磁性が強く結びついて作用する。   The “super exchange interaction” is a spin interaction mediated by anions such as oxygen and halogen in an oxide magnetic material, and mainly works antiferromagnetically. According to "super exchange interaction", it is reported that when the angle between ions is 180 degrees, it becomes antiferromagnetic, and when it is 90 degrees, it becomes ferromagnetic. The “indirect exchange interaction (RKKY interaction)” is as described above, and acts when the magnetic nanoparticles are separated by a nonmagnetic / conductive matrix material. The “double exchange interaction” acts by strongly combining electron movement and magnetism.

本発明の構成では「間接交換相互作用(RKKY相互作用)」の影響が主体的に働き磁気特性を変化させるが、「双極子間相互作用」の影響も含まれ、製造方法によっては磁性ナノ粒子同士の接触により「直接交換相互作用」の影響もわずかに含まれるかもしれない。磁気特性を変化させる効果の大きさは、「直接交換相互作用」の効果>「間接交換相互作用(RKKY相互作用)」の効果>>「双極子間相互作用」の効果、という大小関係になる。一方、効果が働く粒子間距離は、「直接交換相互作用」が働く距離<「間接交換相互作用(RKKY相互作用)」が働く距離<<「双極子間相互作用」が働く距離、という大小関係になる。   In the configuration of the present invention, the influence of “indirect exchange interaction (RKKY interaction)” mainly works to change the magnetic properties, but also includes the influence of “dipole interaction”. The effects of “direct exchange interaction” may be slightly included due to contact between each other. The magnitude of the effect of changing the magnetic characteristics is such that the effect of “direct exchange interaction”> the effect of “indirect exchange interaction (RKKY interaction)” >> the effect of “dipole interaction”. . On the other hand, the distance between the particles on which the effect works is such that the distance at which “direct exchange interaction” works <the distance at which “indirect exchange interaction (RKKY interaction)” works << the distance at which “dipole interaction” works become.

よって、磁性ナノ粒子間距離の設定を適切に行うことにより、「直接交換相互作用」の発生を避け、「間接交換相互作用(RKKY相互作用)」が効果的に働くようにする。なお、長距離で作用する「双極子間相互作用」の場合は磁性ナノ粒子の中心間距離が対象になり、短距離で作用する「直接交換相互作用」、「間接交換相互作用(RKKY相互作用)」の場合は磁性ナノ粒子の表面間距離が対象になる。   Therefore, by appropriately setting the distance between the magnetic nanoparticles, the occurrence of “direct exchange interaction” is avoided, and the “indirect exchange interaction (RKKY interaction)” works effectively. In the case of “dipole interaction” acting at a long distance, the distance between the centers of magnetic nanoparticles is an object, and “direct exchange interaction” and “indirect exchange interaction (RKKY interaction) acting at a short distance are considered. In the case of “)”, the distance between the surfaces of the magnetic nanoparticles is considered.

マトリックスが有機半導体の場合も基本的には上記の無機半導体の場合と同様に、電極膜に接続された電圧印加手段で磁性ナノコンポジット膜に与える電界を制御することにより、半導体マトリックス中を動くことができるキャリア(電子や正孔)の密度を変化させ、磁性ナノコンポジット膜中の磁性ナノ粒子間のキャリアを介した相互作用の強さを変化させて、磁性ナノコンポジット膜の透磁率等の磁気特性を変化させる。   When the matrix is an organic semiconductor, basically, as in the case of the inorganic semiconductor described above, the electric field applied to the magnetic nanocomposite film is controlled by the voltage application means connected to the electrode film to move in the semiconductor matrix. By changing the density of carriers (electrons and holes) that can be generated, and by changing the strength of the interaction between the magnetic nanoparticles in the magnetic nanocomposite film via the carrier, such as the magnetic permeability of the magnetic nanocomposite film Change the characteristics.

π共役系有機半導体には、多数のベンゼン環からなるアセン系の結晶性低分子化合物や、π結合と呼ばれる2重結合が交互に結合したπ共役系が1次元につながった高分子があり、いずれもπ電子と呼ばれる活性の高い電子を含んでおり、電界印加、化学処理、光照射などの方法によりドーピングができる。ただし、1次元鎖を持つ導電性高分子は、一般に電子系と格子系との相互作用が強く、シリコンなどの3次元の結晶とは異なり、単純に電子や正孔とはならず、広範な格子歪を伴ったソリトンやポーラロン状態が現れる(ポリアセチレンなどの縮退系ではソリトン、その他ほとんどの導電性高分子が該当する非縮退系ではポーラロン)。   π-conjugated organic semiconductors include acene-based crystalline low-molecular compounds composed of a large number of benzene rings and polymers in which a π-conjugated system in which double bonds called π-bonds are alternately connected is connected in one dimension. All of them contain highly active electrons called π electrons, and can be doped by methods such as electric field application, chemical treatment, and light irradiation. However, a conductive polymer having a one-dimensional chain generally has a strong interaction between an electron system and a lattice system, and unlike a three-dimensional crystal such as silicon, it is not simply an electron or a hole. A soliton or polaron state with lattice distortion appears (a soliton in a degenerate system such as polyacetylene, and a polaron in a non-degenerate system to which most other conductive polymers are applicable).

電気伝導の経路としては、分子鎖内、分子鎖間(ホッピング伝導)、フィブリルまたは粒子間(ホッピング伝導)の3種類がある。分子鎖内ではこのソリトンやポーラロンが電気伝導のキャリアとなる。ポーラロンは、+1/2または−1/2のスピンと+または−の電荷を持ち、ドーピング濃度が多くなると、スピンを持たないバイポーラロンになる場合とスピンを持つポーラロンペアになる場合とがある。バイポーラロンになるかポーラロンペアになるかは、電子相関も含めた安定性から決まる。本発明において、磁性ナノ粒子間の相関作用を起こしてスピンを平行に近づけて強磁性的な性質(または反平行に近づけて反強磁性的な性質)を誘起するためには、キャリアがスピンを持っていることが必要である。しかし、ポーラロンがバイポーラロンになり、磁性ナノ粒子間の相関作用が弱くなる効果を利用して磁気特性を変化させることも可能である。   There are three types of electric conduction paths: intramolecular chain, intermolecular chain (hopping conduction), fibril or interparticle (hopping conduction). Within the molecular chain, these solitons and polarons become carriers of electrical conduction. A polaron has +1/2 or −1/2 spin and + or −charge, and when the doping concentration is increased, it may be a bipolaron having no spin or a polaron pair having a spin. Whether it is a bipolaron or a polaron pair is determined by stability including electron correlation. In the present invention, in order to induce a correlation between magnetic nanoparticles and bring the spin close to parallel and induce ferromagnetic properties (or antiferromagnetic properties close to antiparallel), the carriers generate spin. It is necessary to have. However, it is also possible to change the magnetic properties by utilizing the effect that the polaron becomes a bipolaron and the correlation between magnetic nanoparticles is weakened.

なお、磁性ナノコンポジット膜の代わりに、半導体に磁性を担う磁性元素(遷移元素、希土類元素等)を添加し、磁性元素で半導体の構成元素の一部を置換した半導体((希薄)磁性半導体)を使用することも考えられるが、透磁率などの磁気的特性が低く、ほとんどが低温でしか動作しないものであるため好ましくない。また、半導体からなるマトリックスのキャリア密度を電界により変化させる方法は、一般的なTFT(Thin Film Transister)においてキャリア密度を変化させる方法とほぼ同様であるが、TFTには磁性ナノ粒子は含まれていない。   Instead of the magnetic nanocomposite film, a semiconductor element (transition element, rare earth element, etc.) responsible for magnetism is added to the semiconductor, and a part of the constituent elements of the semiconductor is replaced with the magnetic element ((dilute) magnetic semiconductor) However, it is not preferable because the magnetic properties such as magnetic permeability are low and most of them operate only at a low temperature. Further, the method of changing the carrier density of a matrix made of a semiconductor by an electric field is almost the same as the method of changing the carrier density in a general thin film transistor (TFT), but the TFT contains magnetic nanoparticles. Absent.

[第1の実施の形態]
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係る透磁率可変素子の構成を示す断面図である。
本実施の形態の透磁率可変素子5は、基板1と、基板1上に形成されたマトリックス中に多数の磁性ナノ粒子が分散して配置された磁性ナノコンポジット膜2と、磁性ナノコンポジット膜2上に形成された絶縁膜3と、絶縁膜3上に形成された電極膜4とから構成される。
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the magnetic permeability variable element according to the first embodiment of the present invention.
The magnetic permeability variable element 5 of the present embodiment includes a substrate 1, a magnetic nanocomposite film 2 in which a large number of magnetic nanoparticles are dispersed in a matrix formed on the substrate 1, and a magnetic nanocomposite film 2. The insulating film 3 is formed on the insulating film 3 and the electrode film 4 is formed on the insulating film 3.

基本的に図1における水平方向または垂直方向が磁束の流れる方向となるが、他の方向でもかまわない。以下、例えば、透磁率可変素子5の電極膜形成面(図1の上面)と垂直な端面のうち、磁束が流れ込む端面(N極側の端面)を入力端、磁束が流れ出る端面(S極側の端面)を出力端と呼ぶことにする。図1の透磁率可変素子5の例えば左側端面が入力端となり、例えば右側端面が出力端となる。   Basically, the horizontal direction or the vertical direction in FIG. 1 is the direction in which the magnetic flux flows, but other directions may be used. Hereinafter, for example, of the end surfaces perpendicular to the electrode film forming surface (upper surface in FIG. 1) of the magnetic permeability variable element 5, the end surface into which the magnetic flux flows (the end surface on the N pole side) is the input end, and the end surface from which the magnetic flux flows (the S pole side) Is called the output end. For example, the left end face of the magnetic permeability variable element 5 in FIG. 1 is an input end, and the right end face is an output end, for example.

基板1は、半導体、またはセラミックス、ガラス、樹脂などの絶縁体からなる。本実施の形態では、基板1として半導体を用いている。
磁性ナノコンポジット膜2のマトリックスとなる半導体としては、上記のとおり無機物や有機物がある。
The substrate 1 is made of a semiconductor or an insulator such as ceramics, glass, or resin. In the present embodiment, a semiconductor is used as the substrate 1.
As described above, the semiconductor that becomes the matrix of the magnetic nanocomposite film 2 includes inorganic substances and organic substances.

絶縁膜3は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アルミナ、高分子樹脂などからなる。絶縁膜3は、真空蒸着、スパッタリング、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)、エアロゾルデポジッション、塗布法などの方法で作製することができる。
電極膜4は、アルミニウム、金、タンタル、モリブデン、又はこれらの金属を含む合金、導電性高分子などからなる。電極膜4は、真空蒸着、スパッタリング、プラズマCVD、塗布法などの方法で作製することができる。
The insulating film 3 is made of a silicon oxide film, a silicon nitride film, alumina, a polymer resin, or the like. The insulating film 3 can be produced by a method such as vacuum deposition, sputtering, plasma CVD (Chemical Vapor Deposition), aerosol deposition, or coating method.
The electrode film 4 is made of aluminum, gold, tantalum, molybdenum, an alloy containing these metals, a conductive polymer, or the like. The electrode film 4 can be produced by a method such as vacuum deposition, sputtering, plasma CVD, or coating method.

図示しない電圧印加手段によって電極膜4に電圧を印加すると、磁性ナノコンポジット膜2のマトリックス中を動くことができるキャリア(電子や正孔)の密度が変化するので、磁性ナノコンポジット膜2中の磁性ナノ粒子間のキャリアを介した相互作用の強さを変化させることができ、磁性ナノコンポジット膜2の透磁率(あるいは、磁気抵抗、磁化率、磁化の強さ)等の磁気特性を制御することができる。このとき、磁性ナノコンポジット膜2は、グランド等の安定した一定電位に接続されているのが好ましい。本実施の形態では、半導体からなる基板1を接地することにより、磁性ナノコンポジット膜2を基板1を介してグランド電位に接続している。   When a voltage is applied to the electrode film 4 by a voltage application means (not shown), the density of carriers (electrons and holes) that can move in the matrix of the magnetic nanocomposite film 2 changes. It is possible to change the strength of the interaction between the nanoparticles through the carrier and to control the magnetic properties such as the magnetic permeability (or magnetoresistance, magnetic susceptibility, and strength of magnetization) of the magnetic nanocomposite film 2. Can do. At this time, the magnetic nanocomposite film 2 is preferably connected to a stable constant potential such as ground. In the present embodiment, the magnetic nanocomposite film 2 is connected to the ground potential via the substrate 1 by grounding the substrate 1 made of a semiconductor.

次に、磁性ナノコンポジット膜2の製造方法について説明する。最初に、磁性ナノコンポジット膜2のマトリックスとして無機半導体マトリックスを使用する場合について説明する。無機半導体マトリックスとしては、TFTや太陽電池などで使用されている材質と同様なアモルファスシリコンやポリシリコン、あるいはアモルファス酸化物などが使用できる。TFTや太陽電池などでは、これらの無機半導体はプラズマCVDなどで製作されるが、無機半導体マトリックス中に磁性ナノ粒子を分散させて磁性ナノコンポジット膜2を形成するためには以下のような製造方法を用いる。   Next, a method for manufacturing the magnetic nanocomposite film 2 will be described. First, the case where an inorganic semiconductor matrix is used as the matrix of the magnetic nanocomposite film 2 will be described. As the inorganic semiconductor matrix, amorphous silicon, polysilicon, or amorphous oxide similar to the material used in TFTs, solar cells, etc. can be used. In TFTs and solar cells, these inorganic semiconductors are manufactured by plasma CVD or the like. In order to form the magnetic nanocomposite film 2 by dispersing magnetic nanoparticles in an inorganic semiconductor matrix, the following manufacturing method is used. Is used.

例えば、ポリシランをベースとした液体シリコン(シリコンインク)を基板1に塗布・焼成することによりアモルファスシリコンを作る製造方法を利用して、コロイドを用いた自己組織化法などでマトリックス中に磁性ナノ粒子を均一に分散配置した磁性ナノコンポジット膜2を作製することができる。液体シリコンにボロンやリン等のドーパントを含有させることも可能である。また、ポリシランをベースとした液体シリコン(シリコンインク)に、表面に粒子間の凝集を防ぐための分散剤や界面活性剤などを付加して分散処埋を施した磁性ナノ粒子を分散させた上で、液体シリコンを基板1に塗布・焼成することにより、アモルファスシリコン中に磁性ナノ粒子を均一に分散配置した磁性ナノコンポジット膜2を作製することができる。   For example, a magnetic nanoparticle in a matrix by a self-organization method using a colloid using a manufacturing method in which amorphous silicon is produced by applying and baking liquid silicon (silicon ink) based on polysilane on the substrate 1 It is possible to produce a magnetic nanocomposite film 2 in which are uniformly dispersed. It is also possible to include a dopant such as boron or phosphorus in liquid silicon. In addition, liquid nanoparticles based on polysilane (silicon ink) are dispersed with magnetic nanoparticles that have been dispersed and treated by adding a dispersant or surfactant to the surface to prevent aggregation between particles. Thus, by applying and baking liquid silicon on the substrate 1, the magnetic nanocomposite film 2 in which magnetic nanoparticles are uniformly dispersed in the amorphous silicon can be produced.

同様に、シリコン粒子含有のインクをインクジェット方式で基板1に塗布して紫外線レーザーを当てて固めることにより、アモルファスシリコンを製造する方法(例えば特表2010−514585号公報参照)も利用することもできる。このシリコン粒子含有のインクに、表面に粒子間の凝集を防ぐための分散剤や界面活性剤などを付加して分散処埋を施した磁性ナノ粒子を分散させた上で、インクをインクジェット方式で基板1に塗布して紫外線レーザーを当てて固めることにより、アモルファスシリコン中に磁性ナノ粒子を均一に分散配置した磁性ナノコンポジット膜2を作製することができる。   Similarly, a method of manufacturing amorphous silicon by applying ink containing silicon particles to the substrate 1 by an inkjet method and applying an ultraviolet laser to harden the ink (see, for example, Japanese Patent Application Publication No. 2010-514585) can also be used. . The ink containing silicon particles is dispersed with magnetic nanoparticles that have been subjected to dispersion treatment by adding a dispersant or surfactant to prevent aggregation between the particles on the surface, and then the ink is ink jetted. A magnetic nanocomposite film 2 in which magnetic nanoparticles are uniformly dispersed in amorphous silicon can be produced by applying the composition to the substrate 1 and solidifying it by applying an ultraviolet laser.

磁性ナノ粒子は、Fe,Co,Niおよびそれらを含む化合物のいずれかであり、単磁区で、室温付近で超常磁性を示す粒径1〜40nm(より好ましくは2〜20nm)程度のものであり、マトリックス中に0.1〜10nm(より好ましくは0.5〜5nm)程度の間隔でほぼ均一に分散して配置される。なお、粒径2nm以下では常磁性体になってしまうことが多く、一方、粒径を大きくしていくと磁化は強くなるが、粒径20nm以上だと室温では超常磁性にならないことが多く、また、粒子表面間距離を小さくするためにはマトリックス中の粒子濃度(体積濃度、質量濃度)をかなり高くする必要があるため粒子表面間を数nm程度の距離に設定することが困難になる。   The magnetic nanoparticles are any of Fe, Co, Ni and compounds containing them, and have a single magnetic domain and a particle size of about 1 to 40 nm (more preferably 2 to 20 nm) exhibiting superparamagnetism near room temperature. In the matrix, they are arranged almost uniformly at intervals of about 0.1 to 10 nm (more preferably 0.5 to 5 nm). In many cases, when the particle size is 2 nm or less, it becomes a paramagnetic substance. On the other hand, when the particle size is increased, the magnetization becomes stronger, but when the particle size is 20 nm or more, it often does not become superparamagnetic at room temperature. Further, in order to reduce the distance between the particle surfaces, it is necessary to considerably increase the particle concentration (volume concentration, mass concentration) in the matrix, so that it is difficult to set the distance between the particle surfaces to about several nm.

また、ガスフロースパッタ法を使ったクラスター堆積装置を用いても磁性ナノコンポジット膜2を作製可能である。具体的には、ガスフロースパッタ源を2機備えた装置により、磁性ナノ粒子からなるクラスターを、例えばシリコンなどの異なる物質(マトリックス)中に埋め込みながら堆積することにより、磁性ナノコンポジット膜2を作製することができる。   Also, the magnetic nanocomposite film 2 can be produced using a cluster deposition apparatus using a gas flow sputtering method. Specifically, a magnetic nanocomposite film 2 is produced by depositing a cluster of magnetic nanoparticles while embedding it in a different substance (matrix) such as silicon, using an apparatus equipped with two gas flow sputtering sources. can do.

ガスフロースパッタ法は、パイプ型や対向平板型のターゲット電極の中で放電させ、その中で生成したターゲット原子をアルゴンガスにより基板上へ移送・堆積させるスパッタ法の一種である。ガスフロースパッタ法では、チャンバー内の圧力を100Pa程度に設定できるため、CVD的なソフトなプロセスが実現でき、基板や膜へのダメージが少なく高品質な膜が得られ、また、反応ガスを供給することにより高速な反応スパッタも行えるという特長がある。さらに、類似のプラズマ・ガス凝縮クラスター堆積装置を利用しても、同様に磁性ナノコンポジット膜2を作製することができる。   The gas flow sputtering method is a kind of sputtering method in which discharge is performed in a pipe-type or counter-plate type target electrode, and target atoms generated therein are transferred and deposited on a substrate by argon gas. In the gas flow sputtering method, the pressure in the chamber can be set to about 100 Pa, so that a CVD-like soft process can be realized, a high quality film can be obtained with little damage to the substrate and film, and a reactive gas is supplied. This makes it possible to perform high-speed reactive sputtering. Furthermore, the magnetic nanocomposite film 2 can be similarly produced using a similar plasma / gas condensation cluster deposition apparatus.

次に、磁性ナノコンポジット膜2のマトリックスとして有機半導体マトリックスを使用する場合の磁性ナノコンポジット膜2の製造方法について説明する。ペンタセン等の結晶性低分子化合物は、汎用溶媒に対し極めて溶解性が低く、溶解できても溶液からの半導体析出を制御することが難しく、印刷適応性が低いため、薄膜化する際には主に真空蒸着工程などが用いられる。しかし、文献「Hiromi Minemawari,Toshikazu Yamada,Hiroyuki Matsui,Jun'ya Tsutsumi,Simon Haas,Ryosuke Chiba,Reiji Kumai and Tatsuo Hasegawa,“Inkjet printing of single-crystal films”,Nature,Vol.475,p.364-367,21 July 2011」に記載されているダブルショットインクジェット印刷法を応用して、コロイドを用いた自己組織化法などでマトリックス中に磁性ナノ粒子を均一に分散配置した磁性ナノコンポジット膜2を作製することができる。   Next, a method for manufacturing the magnetic nanocomposite film 2 when an organic semiconductor matrix is used as the matrix of the magnetic nanocomposite film 2 will be described. Crystalline low molecular weight compounds such as pentacene are extremely poorly soluble in general-purpose solvents, and even if they can be dissolved, it is difficult to control semiconductor precipitation from the solution, and printing flexibility is low. For example, a vacuum deposition process is used. However, the literature “Hiromi Minemawari, Toshikazu Yamada, Hiroyuki Matsui, Jun'ya Tsutsumi, Simon Haas, Ryosuke Chiba, Reiji Kumai and Tatsuo Hasegawa,“ Inkjet printing of single-crystal films ”, Nature, Vol.475, p.364- 367, 21 July 2011 ”is applied to produce a magnetic nanocomposite film 2 in which magnetic nanoparticles are uniformly dispersed in a matrix by a self-organization method using colloids, etc. can do.

ダブルショットインクジェット印刷法は、分子レベルの平坦性を持つ半導体単結晶薄膜が製作できる方法であり、有機半導体を溶解させたインクと有機半導体の結晶化を促すインクの2種類のインクによるミクロ液滴を基板1上に交互に印刷するというものである。例えば、優れた可溶性を持つ有機半導体C8−BTBT(ジオクチルベンゾチエノベンゾチオフェン)と磁性ナノ粒子を含む半導体マトリックス・磁性ナノ粒子インクと結晶化インクの2種類のインクを用い、2基のインクジェットヘッドから基板1上に塗布する。まず、1基目のインクジェットヘッドから結晶化インクを基板1上に塗布し、続いて2基目のヘッドから半導体マトリックス・磁性ナノ粒子インクを結晶化インク上に重ねて塗布して基板1上にミクロな混合液滴を形成すると、半導体結晶が成長して磁性ナノコンポジット膜2が形成できる。   The double shot ink jet printing method is a method for producing a semiconductor single crystal thin film having a flatness at a molecular level, and micro droplets by two kinds of inks: an ink in which an organic semiconductor is dissolved and an ink that promotes crystallization of the organic semiconductor. Are alternately printed on the substrate 1. For example, from two inkjet heads using two types of inks: an organic semiconductor C8-BTBT (dioctylbenzothienobenzothiophene) with excellent solubility, a semiconductor matrix / magnetic nanoparticle ink containing magnetic nanoparticles, and a crystallization ink. Coating on the substrate 1. First, the crystallization ink is applied on the substrate 1 from the first ink jet head, and then the semiconductor matrix / magnetic nanoparticle ink is applied on the crystallization ink from the second head, and applied onto the substrate 1. When a micro mixed droplet is formed, the semiconductor crystal grows and the magnetic nanocomposite film 2 can be formed.

なお、上述の半導体マトリックス・磁性ナノ粒子インク(コロイド溶液)は、使用する有機半導体を溶解または膨潤することができる溶媒に磁性ナノ粒子が分散した磁性ナノ粒子分散液に、有機半導体を入れて、磁性ナノ粒子分散液と有機半導体とを混合、攪拌、脱泡することにより、作製すればよい。また、磁性ナノ粒子分散液を使用せずに、溶媒に溶解または膨潤した有機半導体中に、表面に粒子間の凝集を防ぐための分散剤や界面活性剤などを付加して分散処理を施した磁性ナノ粒子を入れて、種々のミキサーやスクリュー、混練機などで直接混練・脱泡することにより、半導体マトリックス・磁性ナノ粒子インクを作製してもよい。また、磁性ナノ粒子を結晶化インクの方に混合したり、磁性ナノ粒子が分散したインクを3基目のヘッドから別に塗布したりしてもよい。   In addition, the above-mentioned semiconductor matrix / magnetic nanoparticle ink (colloid solution) is obtained by putting an organic semiconductor in a magnetic nanoparticle dispersion in which magnetic nanoparticles are dispersed in a solvent capable of dissolving or swelling the organic semiconductor to be used. What is necessary is just to produce by mixing, stirring, and defoaming a magnetic nanoparticle dispersion liquid and an organic semiconductor. Also, without using a magnetic nanoparticle dispersion, a dispersion treatment or surfactant was added to the surface of an organic semiconductor dissolved or swollen in a solvent to prevent aggregation between particles. A semiconductor matrix / magnetic nanoparticle ink may be produced by putting magnetic nanoparticles and directly kneading and defoaming with various mixers, screws, kneaders, and the like. Further, the magnetic nanoparticles may be mixed with the crystallized ink, or the ink in which the magnetic nanoparticles are dispersed may be separately applied from the third head.

一方、高分子は溶媒に可溶なものが多くなってきたため、塗布法、印刷法を用いてほぼ常温常圧でマトリックスを製造することができ、コロイドを用いた自己組織化法などでマトリックス中に磁性ナノ粒子を均一に分散配置した磁性ナノコンポジット膜2を作製することができる。例えば、トルエン、クロロホルム、テトラヒドロフラン、ジクロロメタンなどの有機溶媒などに溶解または膨潤した導電性高分子中に磁性ナノ粒子が分散したコロイド溶液を製作し、スピンコートやインクジェット等の周知の塗布、印刷、乾燥技術で基板1上に形成すればよい。   On the other hand, since many polymers are soluble in solvents, a matrix can be produced at almost room temperature and normal pressure using a coating method or a printing method, and in a matrix by a self-assembly method using a colloid. A magnetic nanocomposite film 2 in which magnetic nanoparticles are uniformly distributed can be produced. For example, a colloidal solution in which magnetic nanoparticles are dispersed in a conductive polymer dissolved or swollen in an organic solvent such as toluene, chloroform, tetrahydrofuran, or dichloromethane is manufactured, and well-known coating, printing, and drying such as spin coating and inkjet It may be formed on the substrate 1 by a technique.

導電性高分子中に磁性ナノ粒子が分散したコロイド溶液は、導電性高分子を溶解または膨潤することができる溶媒に磁性ナノ粒子が分散した磁性ナノ粒子分散液に、導電性高分子を入れて、磁性ナノ粒子分散液と導電性高分子とを混合、攪拌、脱泡することにより、作製すればよい。また、磁性ナノ粒子分散液を使用せずに、溶媒に溶解または膨潤した導電性高分子中に、表面に粒子間の凝集を防ぐための分散剤や界面活性剤などを付加して分散処理を施した磁性ナノ粒子を入れて、種々のミキサーやスクリュー、混練機などで直接混練・脱泡することにより、導電性高分子中に磁性ナノ粒子が分散したコロイド溶液を作製してもよい。   A colloidal solution in which magnetic nanoparticles are dispersed in a conductive polymer is obtained by placing the conductive polymer in a magnetic nanoparticle dispersion in which the magnetic nanoparticles are dispersed in a solvent capable of dissolving or swelling the conductive polymer. The magnetic nanoparticle dispersion liquid and the conductive polymer may be mixed, stirred, and degassed. Also, without using a magnetic nanoparticle dispersion, a dispersing agent or a surfactant for preventing aggregation between particles is added to the surface of a conductive polymer dissolved or swollen in a solvent to perform a dispersion treatment. A colloidal solution in which magnetic nanoparticles are dispersed in a conductive polymer may be prepared by putting the applied magnetic nanoparticles and directly kneading and defoaming with various mixers, screws, kneaders, or the like.

さらに、特開2005−139438号公報に開示されている技術のように高分子に金属イオンをドープし、過熱還元処埋により粒子化する方法も利用することができる。
なお、磁性ナノ粒子が金属の場合は非常に酸化しやすいため、磁性金属ナノ粒子が出来るだけ大気や水分に触れないようにする必要があり、製作は基本的に酸化防止のため窒素またはアルゴンなどの不活性ガス雰囲気のチャンバーやグローブボックス内で行うことが好ましい。
Furthermore, as in the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-139438, a method of doping metal ions into a polymer and forming particles by superheated reduction treatment can be used.
If the magnetic nanoparticles are metal, it is very easy to oxidize. Therefore, it is necessary to prevent the magnetic metal nanoparticles from coming into contact with the atmosphere and moisture as much as possible. It is preferable to perform in an inert gas atmosphere chamber or glove box.

それぞれの粒子表面間の概略距離は、以下の要領で設定することができる。平均粒子表面間距離hsuspは、幾何学的に考えると粒子径dpと粒子濃度F(体積濃度,vol.%)の関数で与えられ、粒子の中心の位置が六方最密充填の位置に配置したとした式や、ウッドコック(Woodcock)が文献「L.V. Woodcock,Proceeding of a workshop held at Zentrum fur interdisziplinare Forschung University Bielefield,Nov.11-13,1985 Edited by Th. Dorfmuller and G.Williams」で提案した式(1)が知られている。 The approximate distance between the particle surfaces can be set as follows. The average inter-particle surface distance h susp is given by a function of the particle diameter d p and the particle concentration F (volume concentration, vol.%) When considered geometrically, and the center position of the particles is set to the hexagonal close packed position. Woodcock (Woodcock) proposed in the literature "LV Woodcock, Proceeding of a workshop held at Zentrum fur interdisziplinare Forschung University Bielefield, Nov. 11-13, 1985 Edited by Th. Dorfmuller and G. Williams" The formula (1) is known.

Figure 0006042626
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よって、このような式を使用して粒子径dpと粒子濃度Fの調整により、概略の平均粒子表面間距離hsuspを設定することが出来る。例えば、粒子濃度が4.5vol.%のとき、粒径3,5,10nmの粒子における平均粒子表面間距離はそれぞれ約2.4,3.9,7.8nmになる。 Therefore, the approximate average particle surface distance h susp can be set by adjusting the particle diameter d p and the particle concentration F using such an equation. For example, the particle concentration is 4.5 vol. %, The average inter-particle surface distances for particles of 3, 5 and 10 nm are about 2.4, 3.9 and 7.8 nm, respectively.

次に、磁性ナノ粒子について補足説明する。磁性ナノ粒子としては、バルク状態で軟磁性の特性を示すものの方が好ましいが、バルク状態で硬磁性の特性を示すものでも上述のように粒子サイズが小さくなると超常磁性の特性を示すようになるのでかまわない。軟磁性とは、磁化曲線においてヒステリシスが小さく、つまり保磁力が小さく、かつ透磁率や飽和磁化が大きい性質であり、簡単に言うと磁化し易く消磁し易い性質であり、磁気回路やトランスのコアなどに使用される。軟磁性材料は、結晶磁気異方性や磁歪が小さい。一方、硬磁性とは、ヒステリシスが大さく、つまり保磁力が大きく(結晶磁気異方性が大)、エネルギー(BH)積が大きい性質のことであり、永久磁石に使用される。   Next, a supplementary explanation of magnetic nanoparticles will be given. Magnetic nanoparticles that exhibit soft magnetic properties in the bulk state are preferred, but those that exhibit hard magnetic properties in the bulk state exhibit superparamagnetic properties when the particle size is reduced as described above. It doesn't matter. Soft magnetism is a property in which the hysteresis in the magnetization curve is small, that is, the coercive force is small, and the magnetic permeability and saturation magnetization are large. In short, it is a property that is easily magnetized and easily demagnetized. Used for etc. Soft magnetic materials have low magnetocrystalline anisotropy and magnetostriction. On the other hand, hard magnetism is a property having a large hysteresis, that is, a large coercive force (large crystal magnetic anisotropy) and a large energy (BH) product, and is used for a permanent magnet.

なお、磁性ナノ粒子の粒子径は出来るだけ均一でばらつきが小さい方が磁気特性的には好ましいが、透磁率を大きくすることを優先する場合は大小の粒径を混合することも考えられる。大きい粒子は磁化が大きく、大きい粒子間の隙間を小さい粒子が埋めて磁束の漏れや反磁界を小さく出来るため、透磁率可変素子の透磁率を高く出来る。また、大きい粒子も小さい粒子の超常磁性に引きずられて超常磁性になりやすくなる。   In addition, it is preferable in terms of magnetic properties that the particle diameter of the magnetic nanoparticles is as uniform and as small as possible. However, when priority is given to increasing the magnetic permeability, mixing of large and small particle diameters may be considered. Large particles have large magnetization, and small particles can fill gaps between large particles to reduce magnetic flux leakage and demagnetizing field. Therefore, the magnetic permeability of the magnetic permeability variable element can be increased. Also, large particles tend to become superparamagnetic because they are dragged by the superparamagnetism of small particles.

なお、基本的に磁性ナノ粒子の磁化率は体積に比例(半径の3乗に比例)するが、ナノ粒子では体積に比べて表面積が非常に大きくなるため、ナノ粒子特有の表面効果の影響が強くなり、例えば、磁性ナノ粒子表面ではスピンの乱れ(スピンキャンティング)があるため磁化の強さは弱くなる。よって、あまり粒径が小さくなりすぎると磁気特性は悪くなるため、適度な粒径サイズ(例えば、5〜10nm程度)がある。   Basically, the magnetic susceptibility of magnetic nanoparticles is proportional to the volume (proportional to the cube of the radius), but the surface area of the nanoparticles is very large compared to the volume. For example, the magnetic nanoparticle surface has a spin disorder (spin canting), so that the magnetization is weakened. Therefore, if the particle size becomes too small, the magnetic properties are deteriorated, so there is an appropriate particle size (for example, about 5 to 10 nm).

また、金属ナノ粒子は酸化しやすく、表面付近の酸化された部分(FeO,CoO,NiOなど)は反強磁性になることが多いため磁化の強さはさらに弱くなる。ナノ粒子では、体積に占める表面の割合が非常に大きいため,表面酸化による性能の低下は顕著に現れる。また、内部(コア)と表面(シェル)の間で磁気的な相互作用も生じて特性に影響を及ぼす。例えば、強磁性体のコアと反強磁性体のシェルの間に発生する交換異方性による一方向異方性などが知られており、コアの強磁性体の磁化の回転がシェルの反強磁性体によって制約を受ける。さらに、部分的には許容できる場合もあるが、粒子表面が酸化されると磁性ナノ粒子が絶縁されてしまい本発明の作用が低下してしまうため、磁性ナノ粒子の酸化は極力防ぐ必要がある。   In addition, metal nanoparticles are easily oxidized, and the oxidized portion near the surface (FeO, CoO, NiO, etc.) often becomes antiferromagnetic, so that the strength of magnetization becomes even weaker. In nanoparticles, the ratio of the surface to the volume is very large, so the performance degradation due to surface oxidation appears remarkably. In addition, magnetic interaction occurs between the inside (core) and the surface (shell), affecting the characteristics. For example, unidirectional anisotropy due to exchange anisotropy generated between a ferromagnetic core and an antiferromagnetic shell is known. Limited by magnetic material. Furthermore, in some cases, it may be acceptable, but if the particle surface is oxidized, the magnetic nanoparticles are insulated and the action of the present invention is reduced. Therefore, it is necessary to prevent the oxidation of the magnetic nanoparticles as much as possible. .

よって、キャリアを介した磁性ナノ粒子間の相互作用を阻害しない範囲において、磁性ナノ粒子の外周部に酸化防止のための薄い保護層が形成されていることが好ましい。本実施の形態に必要な導電性を持つ保護層の材質としては、炭素(C)や耐食性が高い白金などの貴金属などがあり、アーク放電法、プラズマ蒸発法、液相合成法、固相還元法などで製作することができる。なお、Fe,Co,Niなどの合金や化合物(例えば、FePt)を形成することにより、粒子自体の耐酸化性、耐食性、耐久性を高めることも可能である。   Therefore, it is preferable that a thin protective layer for preventing oxidation is formed on the outer peripheral portion of the magnetic nanoparticles within a range not interfering with the interaction between the magnetic nanoparticles via the carrier. Examples of the material of the protective layer having conductivity necessary for this embodiment include noble metals such as carbon (C) and platinum having high corrosion resistance, and arc discharge method, plasma evaporation method, liquid phase synthesis method, solid phase reduction. It can be manufactured by law. It is also possible to increase the oxidation resistance, corrosion resistance, and durability of the particles themselves by forming an alloy or compound such as Fe, Co, Ni (for example, FePt).

磁性ナノ粒子の製法としては、従来の粉体で使われている粉砕法ではなく、原子・分子レベルから粒子を作り上げていく合成法が使用され、その中でも蒸発凝縮法や気相反応法などの気相法と、化学沈殿法や溶媒蒸発法などの液相法が主に用いられている。化学沈殿法には、コロイド法、均一沈殿法、アルコキシド法、水熱合成法、マイクロエマルション法などがある。磁性ナノ粒子としては、球状や棒状、紐状など様々な形状の粒子が使用できる。   The production method of magnetic nanoparticles is not the pulverization method used in conventional powders, but a synthesis method in which particles are made up from the atomic and molecular levels. Among them, evaporative condensation method and gas phase reaction method are used. A gas phase method and a liquid phase method such as a chemical precipitation method or a solvent evaporation method are mainly used. Examples of the chemical precipitation method include a colloid method, a uniform precipitation method, an alkoxide method, a hydrothermal synthesis method, and a microemulsion method. As the magnetic nanoparticles, particles having various shapes such as a spherical shape, a rod shape, and a string shape can be used.

磁性ナノ粒子分散液は、上記の方法で製作した磁性ナノ粒子の表面に粒子間の凝集を防ぐための分散剤や界面活性剤を付加したものを溶媒に分散させて製作される。特に、活性液面連続真空蒸着法で作られた磁性金属ナノ粒子分散液は、非常に良い分散性能を示すので好ましい。
絶縁膜3と電極膜4の材料および製造方法は、上記のとおりである。
The magnetic nanoparticle dispersion liquid is produced by dispersing a surface of the magnetic nanoparticle produced by the above method to which a dispersant or a surfactant for preventing aggregation between particles is added in a solvent. In particular, a magnetic metal nanoparticle dispersion prepared by an active liquid surface continuous vacuum deposition method is preferable because it exhibits very good dispersion performance.
The materials and manufacturing methods of the insulating film 3 and the electrode film 4 are as described above.

本実施の形態では、低消費電力で発熱が少ない小型の透磁率可変素子を実現することができ、周辺機器への熱影響を大幅に低減することができる。本実施の形態では、コイルを用いないため電磁ノイズの発生がない。そのため、本実施の形態の透磁率可変素子を利用すれば、医療分野などでも利用しやすい磁力制御装置を実現することができる。また、本実施の形態では、外部からの電磁ノイズの影響も受け難くなる。また、本実施の形態では、従来の磁力制御装置のように大きな力を必要とせず、加熱も必要としないので、磁力制御装置の使用範囲を広げることができる。   In this embodiment, a small magnetic permeability variable element with low power consumption and little heat generation can be realized, and the thermal influence on peripheral devices can be greatly reduced. In this embodiment, since no coil is used, no electromagnetic noise is generated. Therefore, if the magnetic permeability variable element of the present embodiment is used, a magnetic force control device that can be easily used in the medical field or the like can be realized. Further, in this embodiment, it is difficult to be affected by external electromagnetic noise. Moreover, in this Embodiment, since the big force and the heating are not required like the conventional magnetic force control apparatus, the use range of a magnetic force control apparatus can be expanded.

[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。図2は本発明の第2の実施の形態に係る透磁率可変素子の構成を示す断面図である。
本実施の形態の透磁率可変素子5aは、基板10と、基板10上に形成された絶縁膜11と、絶縁膜11上に形成された電極膜12と、電極膜12上に形成された磁性ナノコンポジット膜13と、磁性ナノコンポジット膜13上に形成された絶縁膜14と、絶縁膜14上に形成された電極膜15とから構成される。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the magnetic permeability variable element according to the second embodiment of the present invention.
The magnetic permeability variable element 5a of the present embodiment includes a substrate 10, an insulating film 11 formed on the substrate 10, an electrode film 12 formed on the insulating film 11, and a magnetic film formed on the electrode film 12. The nanocomposite film 13, the insulating film 14 formed on the magnetic nanocomposite film 13, and the electrode film 15 formed on the insulating film 14 are configured.

本実施の形態の透磁率可変素子5aは、第1の実施の形態において基板と磁性ナノコンポジット膜との間に、絶縁膜と電極膜を挿入した構成に相当する。第1の実施の形態で説明したとおり、基本的に図2における水平方向または垂直方向が磁束の流れる方向となるが、他の方向でもかまわない。磁束の流れる方向を水平方向とすると、透磁率可変素子5aの例えば左側端面が入力端となり、例えば右側端面が出力端となる。
基板10は、半導体、またはセラミックス、ガラス、樹脂などの絶縁体からなる。本実施の形態では、基板10として半導体を用いている。絶縁体からなる基板10を用いる場合には、絶縁膜11は不要である。
The magnetic permeability variable element 5a of the present embodiment corresponds to a configuration in which an insulating film and an electrode film are inserted between the substrate and the magnetic nanocomposite film in the first embodiment. As described in the first embodiment, the horizontal direction or the vertical direction in FIG. 2 is basically the direction in which the magnetic flux flows, but other directions may be used. If the direction in which the magnetic flux flows is a horizontal direction, for example, the left end face of the magnetic permeability variable element 5a becomes an input end, and for example, the right end face becomes an output end.
The substrate 10 is made of a semiconductor or an insulator such as ceramics, glass, or resin. In the present embodiment, a semiconductor is used as the substrate 10. When the substrate 10 made of an insulator is used, the insulating film 11 is not necessary.

絶縁膜11,14は、絶縁膜3と同様の材料および製造方法によって作製することができる。電極膜12,15は、電極膜4と同様の材料および製造方法によって作製することができる。磁性ナノコンポジット膜13は、磁性ナノコンポジット膜2と同様の材料および製造方法によって作製することができる。   The insulating films 11 and 14 can be manufactured by the same material and manufacturing method as the insulating film 3. The electrode films 12 and 15 can be produced by the same material and manufacturing method as the electrode film 4. The magnetic nanocomposite film 13 can be produced by the same material and manufacturing method as the magnetic nanocomposite film 2.

本実施の形態では、下部の電極膜12を接地電極として接地して、図示しない電圧印加手段によって上部の電極膜15に電圧を印加すればよい。透磁率可変素子5aの動作は第1の実施の形態と同様なので、説明は省略する。
こうして、本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
In the present embodiment, the lower electrode film 12 may be grounded as a ground electrode, and a voltage may be applied to the upper electrode film 15 by a voltage applying means (not shown). Since the operation of the magnetic permeability variable element 5a is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.
Thus, also in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

[第3の実施の形態]
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。図3は本発明の第3の実施の形態に係る透磁率可変素子の構成を示す断面図である。
本実施の形態の透磁率可変素子5bは、基板20と、基板20上に形成された絶縁膜21と、絶縁膜21上に形成された電極膜22と、電極膜22上に形成された絶縁膜23と、絶縁膜23上に形成された磁性ナノコンポジット膜24と、磁性ナノコンポジット膜24上に形成された電極膜25と、電極膜25上に形成された磁性ナノコンポジット膜26と、磁性ナノコンポジット膜26上に形成された絶縁膜27と、絶縁膜27上に形成された電極膜28とから構成される。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a magnetic permeability variable element according to the third embodiment of the present invention.
The magnetic permeability variable element 5b of the present embodiment includes a substrate 20, an insulating film 21 formed on the substrate 20, an electrode film 22 formed on the insulating film 21, and an insulating film formed on the electrode film 22. A film 23; a magnetic nanocomposite film 24 formed on the insulating film 23; an electrode film 25 formed on the magnetic nanocomposite film 24; a magnetic nanocomposite film 26 formed on the electrode film 25; The insulating film 27 is formed on the nanocomposite film 26 and the electrode film 28 is formed on the insulating film 27.

第1の実施の形態で説明したとおり、基本的に図3における水平方向または垂直方向が磁束の流れる方向となるが、他の方向でもかまわない。磁束の流れる方向を水平方向とすると、透磁率可変素子5bの例えば左側端面が入力端となり、例えば右側端面が出力端となる。   As described in the first embodiment, the horizontal direction or the vertical direction in FIG. 3 is basically the direction in which the magnetic flux flows, but other directions may be used. If the direction in which the magnetic flux flows is a horizontal direction, for example, the left end face of the magnetic permeability variable element 5b becomes an input end, and for example, the right end face becomes an output end.

基板20は、半導体、またはセラミックス、ガラス、樹脂などの絶縁体からなる。本実施の形態では、基板20として半導体を用いている。絶縁体からなる基板20を用いる場合には、絶縁膜21は不要である。
絶縁膜21,23,27は、絶縁膜3と同様の材料および製造方法によって作製することができる。電極膜22,25,28は、電極膜4と同様の材料および製造方法によって作製することができる。磁性ナノコンポジット膜24,26は、磁性ナノコンポジット膜2と同様の材料および製造方法によって作製することができる。
The board | substrate 20 consists of insulators, such as a semiconductor or ceramics, glass, resin. In the present embodiment, a semiconductor is used as the substrate 20. In the case where the substrate 20 made of an insulator is used, the insulating film 21 is not necessary.
The insulating films 21, 23, and 27 can be manufactured using the same material and manufacturing method as the insulating film 3. The electrode films 22, 25, 28 can be produced by the same material and manufacturing method as the electrode film 4. The magnetic nanocomposite films 24 and 26 can be produced by the same material and manufacturing method as the magnetic nanocomposite film 2.

本実施の形態では、電極膜25を接地電極として接地して、図示しない電圧印加手段によって電極膜22,28に電圧を印加すればよい。電極膜22,28には同一の電圧を印加すればよい。図示しない電圧印加手段によって電極膜22,28に電圧を印加すると、磁性ナノコンポジット膜24,26のマトリックス中を動くことができるキャリア(電子や正孔)の密度が変化するので、磁性ナノコンポジット膜24,26中の磁性ナノ粒子間のキャリアを介した相互作用の強さを変化させることができ、磁性ナノコンポジット膜24,26の透磁率(あるいは、磁気抵抗、磁化率、磁化の強さ)等の磁気特性を制御することができる。   In the present embodiment, the electrode film 25 may be grounded as a ground electrode, and a voltage may be applied to the electrode films 22 and 28 by voltage application means (not shown). The same voltage may be applied to the electrode films 22 and 28. When a voltage is applied to the electrode films 22 and 28 by a voltage application means (not shown), the density of carriers (electrons and holes) that can move in the matrix of the magnetic nanocomposite films 24 and 26 changes. It is possible to change the strength of the interaction between the magnetic nanoparticles in the magnetic nanoparticles 24 and 26 via the carrier, and the magnetic permeability of the magnetic nanocomposite films 24 and 26 (or magnetic resistance, magnetic susceptibility, and strength of magnetization). Etc. can be controlled.

磁性ナノコンポジット膜中でキャリアが集中して磁性ナノ粒子間の相互作用が強く働く領域は、電極膜近傍の薄い層のみである。このため、本実施の形態のように透磁率可変素子を積層すると、磁気特性を制御する効果を高めることができる。
なお、本実施の形態では、磁性ナノコンポジット膜を2層としているが、3層以上積層してもよい。この場合には、磁性ナノコンポジット膜と絶縁膜と電極膜とを構成単位として、近接する2つの磁性ナノコンポジット膜が互いに向き合うようにして構成単位を複数積層し、2つの磁性ナノコンポジット膜の間に接地電極膜を設けるようにすればよい。
The only region in the magnetic nanocomposite film where carriers are concentrated and the interaction between magnetic nanoparticles works strongly is the thin layer near the electrode film. For this reason, when the magnetic permeability variable element is laminated as in the present embodiment, the effect of controlling the magnetic characteristics can be enhanced.
In the present embodiment, the magnetic nanocomposite film has two layers, but three or more layers may be stacked. In this case, the magnetic nanocomposite film, the insulating film, and the electrode film are used as structural units, and a plurality of structural units are stacked such that two adjacent magnetic nanocomposite films face each other. A ground electrode film may be provided on the substrate.

[第4の実施の形態]
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。図4は本発明の第4の実施の形態に係る磁力制御装置の構成を示す図である。磁力制御装置は、永久磁石(硬磁性体)30と、パーマロイや電磁鋼板などの軟磁性体からなるヨーク(継鉄)31−1,31−2,31−5と、透磁率可変素子5とから構成される。図4において、32はヨーク31−1と31−2間に設けられた空気ギャップ、33は磁性体からなるワーク、34は磁束の流れ、35はワーク33に働く吸引力である。また図4における「N」は永久磁石30のN極を示し、「S」はS極を示す。本実施の形態は、永久磁石30とヨーク31−1,31−2,31−5とからなる磁気回路に対して、透磁率可変素子5を直列に配置したものである。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a magnetic force control apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. The magnetic force control device includes a permanent magnet (hard magnetic material) 30, yokes (yokes) 31-1, 31-2, and 31-5 made of a soft magnetic material such as permalloy or an electromagnetic steel plate, and a magnetic permeability variable element 5. Consists of In FIG. 4, 32 is an air gap provided between the yokes 31-1 and 31-2, 33 is a work made of a magnetic material, 34 is a flow of magnetic flux, and 35 is an attractive force acting on the work 33. Further, “N” in FIG. 4 indicates the N pole of the permanent magnet 30, and “S” indicates the S pole. In this embodiment, a magnetic permeability variable element 5 is arranged in series with respect to a magnetic circuit composed of a permanent magnet 30 and yokes 31-1, 31-2 and 31-5.

なお、ヨーク31−5は、透磁率可変素子5の透磁率が低くなった場合に磁束を流すバイパスの役割を果たす。ヨーク31−5は必須の構成ではないが、ヨーク31−5がない場合、磁束の空中への漏れが大きくなる。
また、空気ギャップ32が大きいと磁力が激減するので、実際の空気ギャップ32は出来るだけ小さい方がよい。
The yoke 31-5 serves as a bypass for flowing a magnetic flux when the magnetic permeability of the magnetic permeability variable element 5 becomes low. The yoke 31-5 is not an essential component, but when the yoke 31-5 is not provided, leakage of magnetic flux into the air becomes large.
Further, since the magnetic force is drastically reduced when the air gap 32 is large, the actual air gap 32 should be as small as possible.

ヨーク31−1と透磁率可変素子5とは、比較的柔軟性が高く応力を吸収できる接着剤、例えばエポキシ系の接着剤などで接合する。磁気特性的には出来るだけ透磁率可変素子5とヨーク31−1との間隔が開かないように接合することが好ましい。なお、透磁率可変素子5に電圧を印加するため、透磁率可変素子5とヨーク31−1との間を電気的に絶縁する必要がある。   The yoke 31-1 and the magnetic permeability variable element 5 are joined by an adhesive that is relatively flexible and can absorb stress, such as an epoxy adhesive. In terms of magnetic characteristics, it is preferable to join the magnetic permeability variable element 5 and the yoke 31-1 so as not to open the gap. In addition, in order to apply a voltage to the magnetic permeability variable element 5, it is necessary to electrically insulate between the magnetic permeability variable element 5 and the yoke 31-1.

図示しない電圧印加手段によって電極膜4と基板1との間に電圧Vを印加すると、上記のとおり透磁率可変素子5の磁性ナノコンポジット膜2のマトリックス中を動くことができるキャリア(電子や正孔)の密度が変化するので、磁性ナノコンポジット膜2中の磁性ナノ粒子間のキャリアを介した相互作用の強さを変化させることができ、透磁率(あるいは、磁気抵抗、磁化率、磁化の強さ)等の磁気特性を制御することができる。このとき、印加電圧の変動周波数が低く定常に近い状態においては透磁率可変素子5に流れる電流はほぼ0である。   When a voltage V is applied between the electrode film 4 and the substrate 1 by a voltage application means (not shown), carriers (electrons and holes) that can move in the matrix of the magnetic nanocomposite film 2 of the magnetic permeability variable element 5 as described above. ) Changes, the strength of the interaction between the magnetic nanoparticles in the magnetic nanocomposite film 2 via the carrier can be changed, and the magnetic permeability (or magnetoresistance, magnetic susceptibility, magnetization strength) can be changed. And the like can be controlled. At this time, in a state where the fluctuation frequency of the applied voltage is low and close to a steady state, the current flowing through the magnetic permeability variable element 5 is almost zero.

本実施の形態では、低消費電力で発熱が少ない磁力制御装置を実現することができ、周辺機器への熱影響を大幅に低減することができる。本実施の形態では、コイルを用いないため電磁ノイズの発生がなく、医療分野などでも利用しやすい磁力制御装置を実現することができる。また、本実施の形態では、外部からの電磁ノイズの影響も受け難くなる。また、本実施の形態では、従来の磁力制御装置のように大きな力を必要とせず、加熱も必要としないので、磁力制御装置の使用範囲を広げることができる。   In the present embodiment, a magnetic force control device with low power consumption and low heat generation can be realized, and the thermal influence on peripheral devices can be greatly reduced. In this embodiment, since no coil is used, electromagnetic noise is not generated, and a magnetic force control device that can be easily used in the medical field or the like can be realized. Further, in this embodiment, it is difficult to be affected by external electromagnetic noise. Moreover, in this Embodiment, since the big force and the heating are not required like the conventional magnetic force control apparatus, the use range of a magnetic force control apparatus can be expanded.

なお、図4の例では、透磁率可変素子5の膜厚方向(図1上下方向)と磁束の流れ34の方向とが直交するように透磁率可変素子5を配置しているが、透磁率可変素子5の膜厚方向と磁束の流れ34の方向とが平行になるように透磁率可変素子5を配置してもよい。   In the example of FIG. 4, the magnetic permeability variable element 5 is arranged so that the film thickness direction (the vertical direction in FIG. 1) of the magnetic permeability variable element 5 and the direction of the magnetic flux flow 34 are orthogonal to each other. The magnetic permeability variable element 5 may be arranged so that the film thickness direction of the variable element 5 and the direction of the magnetic flux flow 34 are parallel to each other.

[第5の実施の形態]
次に、本発明の第5の実施の形態について説明する。図5は本発明の第5の実施の形態に係る磁力制御装置の構成を示す図であり、図4と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態は、永久磁石30とヨーク31−1,31−2とからなる磁気回路に対して、透磁率可変素子5を並列に配置したものである。すなわち、永久磁石30のN極に接続されているヨーク31−1に対して透磁率可変素子5の入力端を接続し、永久磁石30のS極に接続されているヨーク31−2に対して透磁率可変素子5の出力端を接続している。その他の構成は第4の実施の形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。本実施の形態によれば、第4の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the magnetic force control apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. In the present embodiment, the magnetic permeability variable element 5 is arranged in parallel to the magnetic circuit composed of the permanent magnet 30 and the yokes 31-1 and 31-2. That is, the input end of the magnetic permeability variable element 5 is connected to the yoke 31-1 connected to the N pole of the permanent magnet 30, and the yoke 31-2 connected to the S pole of the permanent magnet 30. The output end of the magnetic permeability variable element 5 is connected. Since other configurations are the same as those of the fourth embodiment, detailed description thereof is omitted. According to the present embodiment, the same effect as in the fourth embodiment can be obtained.

なお、図5の例では、透磁率可変素子5の膜厚方向(図1上下方向)と透磁率可変素子5に流れ込む磁束の流れ34の方向とが直交するように透磁率可変素子5を配置しているが、第4の実施の形態で説明したとおり透磁率可変素子5の膜厚方向と透磁率可変素子5に流れ込む磁束の流れ34の方向とが平行になるように透磁率可変素子5を配置してもよい。   In the example of FIG. 5, the magnetic permeability variable element 5 is arranged so that the film thickness direction (the vertical direction in FIG. 1) of the magnetic permeability variable element 5 and the direction of the flow 34 of magnetic flux flowing into the magnetic permeability variable element 5 are orthogonal to each other. However, as described in the fourth embodiment, the magnetic permeability variable element 5 so that the film thickness direction of the magnetic permeability variable element 5 and the direction of the flow of magnetic flux 34 flowing into the magnetic permeability variable element 5 are parallel to each other. May be arranged.

[第6の実施の形態]
次に、本発明の第6の実施の形態について説明する。図6は本発明の第6の実施の形態に係る磁力制御装置の構成を示す図であり、図4と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態は、第4の実施の形態と同様に透磁率可変素子5−1を磁気回路に対して直列に配置すると共に、第5の実施の形態と同様に透磁率可変素子5−2を磁気回路に対して並列に配置したものである。その他の構成は第4、第5の実施の形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。本実施の形態によれば、第4の実施の形態と同様の効果に加えて、磁気回路に直列および並列にほぼ同じ特性を持つ透磁率可変素子5−1,5−2を配置することにより、温度特性などの誤差要因の補正が可能になり、また、制御範囲をより大きくできるという効果も得ることができる。
[Sixth Embodiment]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the magnetic force control apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. In the present embodiment, the magnetic permeability variable element 5-1 is arranged in series with the magnetic circuit as in the fourth embodiment, and the magnetic permeability variable element 5-2 in the same manner as in the fifth embodiment. Are arranged in parallel to the magnetic circuit. Since other configurations are the same as those of the fourth and fifth embodiments, detailed description thereof is omitted. According to the present embodiment, in addition to the same effects as in the fourth embodiment, the magnetic permeability variable elements 5-1 and 5-2 having substantially the same characteristics are arranged in series and in parallel in the magnetic circuit. Further, it is possible to correct error factors such as temperature characteristics, and to obtain an effect that the control range can be increased.

[第7の実施の形態]
次に、本発明の第7の実施の形態について説明する。図7は本発明の第7の実施の形態に係る磁力制御装置の構成を示す図であり、図4と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態では、4個の透磁率可変素子5−1,5−2,5−3,5−4をブリッジ型に配置している。すなわち、透磁率可変素子5−1の入力端と透磁率可変素子5−2の入力端とをヨーク31−1に接続すると共に、透磁率可変素子5−3の出力端と透磁率可変素子5−4の出力端とをヨーク31−2に接続し、透磁率可変素子5−1の出力端と透磁率可変素子5−3の入力端の間のヨーク31−3と、透磁率可変素子5−2の出力端と透磁率可変素子5−4の入力端の間のヨーク31−4との間に空気ギャップ32を形成している。
[Seventh Embodiment]
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the magnetic force control apparatus according to the seventh embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. In the present embodiment, four magnetic permeability variable elements 5-1, 5-2, 5-3 and 5-4 are arranged in a bridge shape. That is, the input end of the magnetic permeability variable element 5-1 and the input end of the magnetic permeability variable element 5-2 are connected to the yoke 31-1, and the output terminal of the magnetic permeability variable element 5-3 and the magnetic permeability variable element 5 are connected. -4 is connected to the yoke 31-2, the yoke 31-3 between the output terminal of the magnetic permeability variable element 5-1 and the input terminal of the magnetic permeability variable element 5-3, and the magnetic permeability variable element 5 The air gap 32 is formed between the output end of -2 and the yoke 31-4 between the input end of the magnetic permeability variable element 5-4.

本実施の形態では、透磁率可変素子5−1〜5−4に印加する電圧を調整して、透磁率可変素子5−1,5−4の透磁率を透磁率可変素子5−2,5−3の透磁率よりも大きくすると、磁束はヨーク31−3からヨーク31−4の方向に流れる。一方、透磁率可変素子5−2,5−3の透磁率を透磁率可変素子5−1,5−4の透磁率よりも大きくすると、磁束はヨーク31−4からヨーク31−3の方向に流れる。
こうして、本実施の形態では、空気ギャップ32(動作点)における磁束の方向を自由に反転させることができる。
In the present embodiment, the voltage applied to the magnetic permeability variable elements 5-1 to 5-4 is adjusted to change the magnetic permeability of the magnetic permeability variable elements 5-1 and 5-4 to the magnetic permeability variable elements 5-2 and 5. −3, the magnetic flux flows from the yoke 31-3 to the yoke 31-4. On the other hand, when the magnetic permeability of the magnetic permeability variable elements 5-2 and 5-3 is made larger than the magnetic permeability of the magnetic permeability variable elements 5-1 and 5-4, the magnetic flux moves in the direction from the yoke 31-4 to the yoke 31-3. Flowing.
Thus, in the present embodiment, the direction of the magnetic flux in the air gap 32 (operating point) can be freely reversed.

[第8の実施の形態]
次に、本発明の第8の実施の形態について説明する。図8は本発明の第8の実施の形態に係る磁力制御装置の構成を示す図であり、図4と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態は、第5の実施の形態で説明した図5の磁力制御装置の構成を2組使用し、それぞれの永久磁石30の極性を逆向きにして、空気ギャップ32(動作点)が共通になるように2組の磁力制御装置を組み合わせたものである。すなわち、永久磁石30−1のN極と永久磁石30−2のS極とに接続されているヨーク31−1に対して透磁率可変素子5−1の入力端と透磁率可変素子5−2の出力端を接続すると共に、永久磁石30−1のS極と永久磁石30−2のN極とに接続されているヨーク31−2に対して透磁率可変素子5−1の出力端と透磁率可変素子5−2の入力端を接続し、透磁率可変素子5−1の入力端と透磁率可変素子5−2の出力端の間のヨーク31−1と、透磁率可変素子5−1の出力端と透磁率可変素子5−2の入力端の間のヨーク31−2との間に空気ギャップ32を形成している。
[Eighth Embodiment]
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the magnetic force control apparatus according to the eighth embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. In this embodiment, two sets of the configuration of the magnetic force control device of FIG. 5 described in the fifth embodiment are used, and the polarities of the permanent magnets 30 are reversed, and the air gap 32 (operating point) is set. Two sets of magnetic force control devices are combined so as to be common. That is, the input end of the magnetic permeability variable element 5-1 and the magnetic permeability variable element 5-2 with respect to the yoke 31-1 connected to the N pole of the permanent magnet 30-1 and the S pole of the permanent magnet 30-2. And the output end of the magnetic permeability variable element 5-1 with respect to the yoke 31-2 connected to the S pole of the permanent magnet 30-1 and the N pole of the permanent magnet 30-2. The input end of the magnetic permeability variable element 5-2 is connected, the yoke 31-1 between the input end of the magnetic permeability variable element 5-1 and the output end of the magnetic permeability variable element 5-2, and the magnetic permeability variable element 5-1. An air gap 32 is formed between the output end of the first and the yoke 31-2 between the input end of the magnetic permeability variable element 5-2.

本実施の形態では、透磁率可変素子5−1,5−2に印加する電圧を調整して、透磁率可変素子5−1の透磁率を透磁率可変素子5−2の透磁率よりも大きくすると、空気ギャップ32(動作点)における磁束はヨーク31−2からヨーク31−1の方向に流れる。一方、透磁率可変素子5−2の透磁率を透磁率可変素子5−1の透磁率よりも大きくすると、空気ギャップ32(動作点)における磁束はヨーク31−1からヨーク31−2の方向に流れる。
こうして、本実施の形態では、空気ギャップ32(動作点)における磁束の方向を自由に反転させることができる。
In the present embodiment, the voltage applied to the magnetic permeability variable elements 5-1 and 5-2 is adjusted so that the magnetic permeability of the magnetic permeability variable element 5-1 is larger than the magnetic permeability of the magnetic permeability variable element 5-2. Then, the magnetic flux in the air gap 32 (operating point) flows from the yoke 31-2 to the yoke 31-1. On the other hand, when the magnetic permeability of the magnetic permeability variable element 5-2 is made larger than the magnetic permeability of the magnetic permeability variable element 5-1, the magnetic flux in the air gap 32 (operating point) moves from the yoke 31-1 to the yoke 31-2. Flowing.
Thus, in the present embodiment, the direction of the magnetic flux in the air gap 32 (operating point) can be freely reversed.

第4〜第8の実施の形態では、第1の実施の形態で説明した透磁率可変素子5を用いたが、透磁率可変素子5の代わりに、第2、第3の実施の形態で説明した透磁率可変素子5a,5bを用いてもよいことは言うまでもない。この場合、透磁率可変素子5a,5bの膜厚方向(図2、図3上下方向)と透磁率可変素子5a,5bに流れ込む磁束の流れ方向とが直交するように透磁率可変素子5a,5bを配置してもよいし、透磁率可変素子5a,5bの膜厚方向と透磁率可変素子5a,5bに流れ込む磁束の流れ方向とが平行になるように透磁率可変素子5a,5bを配置してもよい。透磁率可変素子5a,5bに電圧を印加するため、透磁率可変素子5a,5bとヨークとの間を電気的に絶縁することが必要である。   In the fourth to eighth embodiments, the magnetic permeability variable element 5 described in the first embodiment is used. However, instead of the magnetic permeability variable element 5, the second and third embodiments will be described. Needless to say, the magnetic permeability variable elements 5a and 5b may be used. In this case, the magnetic permeability variable elements 5a and 5b are arranged such that the film thickness direction of the magnetic permeability variable elements 5a and 5b (the vertical direction in FIGS. 2 and 3) and the flow direction of the magnetic flux flowing into the magnetic permeability variable elements 5a and 5b are orthogonal to each other. The magnetic permeability variable elements 5a and 5b are arranged so that the film thickness direction of the magnetic permeability variable elements 5a and 5b is parallel to the flow direction of the magnetic flux flowing into the magnetic permeability variable elements 5a and 5b. May be. In order to apply a voltage to the magnetic permeability variable elements 5a and 5b, it is necessary to electrically insulate between the magnetic permeability variable elements 5a and 5b and the yoke.

本発明は、透磁率を制御する技術、および磁力を制御する技術に適用することができる。   The present invention can be applied to a technique for controlling magnetic permeability and a technique for controlling magnetic force.

1,10,20…基板、2,13,24,26…磁性ナノコンポジット膜、3,11,14,21,23,27…絶縁膜、4,12,15,22,25,28…電極膜、5,5−1〜5−4,5a,5b…透磁率可変素子、30,30−1,30−2…永久磁石、31−1〜31−5…ヨーク、32…空気ギャップ、33…ワーク、34…磁束の流れ、35…吸引力。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,10,20 ... Board | substrate, 2,13,24,26 ... Magnetic nanocomposite film | membrane, 3,11,14,21,23,27 ... Insulating film, 4,12,15,22,25,28 ... Electrode film | membrane 5, 5-1 to 5-4, 5a, 5b ... variable permeability element, 30, 30-1, 30-2 ... permanent magnet, 31-1 to 31-5 ... yoke, 32 ... air gap, 33 ... Workpiece, 34 ... magnetic flux flow, 35 ... attractive force.

Claims (9)

無機半導体または有機半導体からなるマトリックス中に多数の磁性ナノ粒子を分散させた磁性ナノコンポジット膜と、
この磁性ナノコンポジット膜に電界を印加する電界印加手段とからなり、
前記磁性ナノコンポジット膜に電界を印加することにより、前記磁性ナノ粒子間の相互作用を変化させて、前記磁性ナノコンポジット膜の磁気特性を変化させることを特徴とする透磁率可変素子。
A magnetic nanocomposite film in which a number of magnetic nanoparticles are dispersed in a matrix made of an inorganic or organic semiconductor;
It comprises an electric field applying means for applying an electric field to this magnetic nanocomposite film,
A magnetic permeability variable element, wherein an electric field is applied to the magnetic nanocomposite film to change the magnetic properties of the magnetic nanocomposite film by changing the interaction between the magnetic nanoparticles.
請求項1に記載の透磁率可変素子において、
前記電界印加手段は、
前記磁性ナノコンポジット膜の上面または下面の少なくとも一方の面に形成された絶縁膜と、
この絶縁膜を挟んで前記磁性ナノコンポジット膜と対向するように前記絶縁膜上に形成された電極膜とを備え、
前記電極膜への電圧印加により前記磁性ナノコンポジット膜へ電界を印加することを特徴とする透磁率可変素子。
In the magnetic permeability variable element according to claim 1,
The electric field applying means includes
An insulating film formed on at least one of the upper and lower surfaces of the magnetic nanocomposite film;
An electrode film formed on the insulating film so as to face the magnetic nanocomposite film across the insulating film;
A magnetic permeability variable element, wherein an electric field is applied to the magnetic nanocomposite film by applying a voltage to the electrode film.
請求項1または2に記載の透磁率可変素子において、
前記磁性ナノ粒子は、単磁区であり室温付近で超常磁性を示すことを特徴とする透磁率可変素子。
In the magnetic permeability variable element according to claim 1 or 2,
The magnetic nanoparticle has a single magnetic domain and exhibits superparamagnetism near room temperature.
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の透磁率可変素子において、
前記磁性ナノ粒子は、Fe,Co,Niのうち少なくとも1つを含む材料からなることを特徴とする透磁率可変素子。
The magnetic permeability variable element according to any one of claims 1 to 3,
The magnetic nanoparticle is made of a material containing at least one of Fe, Co, and Ni.
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の透磁率可変素子において、
前記磁性ナノ粒子は、粒径が2〜20nmであり、磁性ナノ粒子同士の粒子表面間距離が0.5〜5nmであることを特徴とする透磁率可変素子。
The magnetic permeability variable element according to any one of claims 1 to 4,
The magnetic nanoparticle has a particle size of 2 to 20 nm, and a distance between particle surfaces of the magnetic nanoparticles is 0.5 to 5 nm.
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の透磁率可変素子において、
前記磁性ナノ粒子は、その外周部に保護層が形成されていることを特徴とする透磁率可変素子。
The magnetic permeability variable element according to any one of claims 1 to 5,
The magnetic nanoparticle is a magnetic permeability variable element, wherein a protective layer is formed on an outer periphery of the magnetic nanoparticle.
請求項に記載の透磁率可変素子において、
さらに、前記絶縁膜と接する面と反対側の磁性ナノコンポジット膜の面に形成された接地電極膜を備えることを特徴とする透磁率可変素子。
The magnetic permeability variable element according to claim 2 ,
The magnetic permeability variable element further comprising a ground electrode film formed on the surface of the magnetic nanocomposite film opposite to the surface in contact with the insulating film.
請求項に記載の透磁率可変素子において、
前記磁性ナノコンポジット膜と前記絶縁膜と前記電極膜とを構成単位として、近接する2つの磁性ナノコンポジット膜が互いに向き合うようにして前記構成単位を複数積層し、前記2つの磁性ナノコンポジット膜の間に接地電極膜を設けることを特徴とする透磁率可変素子。
The magnetic permeability variable element according to claim 2 ,
Using the magnetic nanocomposite film, the insulating film, and the electrode film as structural units, a plurality of the structural units are stacked such that two adjacent magnetic nanocomposite films face each other, A magnetic permeability variable element, wherein a ground electrode film is provided.
永久磁石と、
この永久磁石と共に磁気回路を構成するヨークと、
前記磁気回路中に配置された単数または複数の、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の透磁率可変素子とを少なくとも備え、
前記透磁率可変素子は、前記磁気回路に対して並列配置、直列配置、あるいはブリッジ型配置のうち少なくとも1つの形態で配置されることを特徴とする磁力制御装置。
With permanent magnets,
A yoke that forms a magnetic circuit with the permanent magnet;
At least one or a plurality of magnetic permeability variable elements according to any one of claims 1 to 8 disposed in the magnetic circuit,
The magnetic permeability control device, wherein the magnetic permeability variable element is arranged in at least one of a parallel arrangement, a serial arrangement, and a bridge type arrangement with respect to the magnetic circuit.
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