JPWO2013153949A1 - Magnetic field measuring apparatus and magnetic field measuring method - Google Patents
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Abstract
磁界測定装置は、磁性体層と、起電層と、磁界情報生成部とを備える。起電層は、磁性体層上に形成され、スピン軌道相互作用を発現する材料で形成される。磁界情報生成部は、起電層に発生する起電力に関する情報に基づいて、磁性体層に印加されている磁界に関する磁界情報を生成する。The magnetic field measurement apparatus includes a magnetic layer, an electromotive layer, and a magnetic field information generation unit. The electromotive layer is formed on the magnetic layer and is made of a material that exhibits spin-orbit interaction. The magnetic field information generation unit generates magnetic field information related to the magnetic field applied to the magnetic layer based on information related to the electromotive force generated in the electromotive layer.
Description
本発明は、磁界測定装置及び磁界測定方法に関する。 The present invention relates to a magnetic field measuring apparatus and a magnetic field measuring method.
近年、「スピントロニクス(spintronics)」と呼ばれる電子技術が脚光を浴びている。従来のエレクトロニクスは、電子の1つの性質である「電荷」だけを利用してきたが、スピントロニクスは、それに加えて、電子の他の性質である「スピン」をも積極的に利用する。特に、電子のスピン角運動量の流れである「スピン流(spin-current)」は重要な概念である。スピン流のエネルギー散逸は少ないため、スピン流を利用することによって高効率な情報伝達を実現できる可能性がある。従って、スピン流の生成、検出、制御は重要なテーマである。 In recent years, an electronic technology called “spintronics” has been spotlighted. Conventional electronics have used only “charge”, which is one property of electrons, while spintronics also actively uses “spin”, which is another property of electrons. In particular, the “spin-current”, which is the flow of electron spin angular momentum, is an important concept. Since the energy dissipation of the spin current is small, there is a possibility that highly efficient information transfer can be realized by using the spin current. Therefore, generation, detection and control of spin current are important themes.
例えば、電流が流れるとスピン流が生成される現象が知られている。これは、「スピンホール効果(spin-Hall
effect)」と呼ばれている。また、その逆の現象として、スピン流が流れると起電力が発生することも知られている。これは、「逆スピンホール効果(inverse spin-Hall effect)」と呼ばれている。逆スピンホール効果を利用することによって、スピン流を検出することができる。尚、スピンホール効果も逆スピンホール効果も、「スピン軌道相互作用(spin orbit coupling)」が大きな物質(例:Pt、Au)において有意に発現する。For example, a phenomenon is known in which a spin current is generated when a current flows. This is the “spin-Hall effect (spin-Hall
effect) ”. It is also known as an opposite phenomenon that an electromotive force is generated when a spin current flows. This is called the “inverse spin-Hall effect”. By using the inverse spin Hall effect, the spin current can be detected. It should be noted that both the spin Hall effect and the reverse spin Hall effect are significantly expressed in a substance (eg, Pt, Au) having a large “spin orbit coupling”.
また、最近の研究により、磁性体における「スピンゼーベック効果(spin-Seebeck effect)」の存在も明らかになっている。スピンゼーベック効果とは、磁性体に温度勾配が印加されると、温度勾配と平行方向にスピン流が誘起される現象である(例えば、特許文献1、非特許文献1、非特許文献2を参照)。すなわち、スピンゼーベック効果により、熱がスピン流に変換される(熱スピン流変換)。特許文献1では、強磁性金属であるNiFe膜におけるスピンゼーベック効果が報告されている。非特許文献1、2では、イットリウム鉄ガーネット(YIG、Y3Fe5O12)といった磁性絶縁体と金属膜との界面におけるスピンゼーベック効果が報告されている。Recent studies have also revealed the existence of the “spin-Seebeck effect” in magnetic materials. The spin Seebeck effect is a phenomenon in which when a temperature gradient is applied to a magnetic material, a spin current is induced in a direction parallel to the temperature gradient (see, for example,
尚、温度勾配によって誘起されたスピン流は、上述の逆スピンホール効果を利用して電界(電流、電圧)に変換することが可能である。つまり、スピンゼーベック効果と逆スピンホール効果を併せて利用することによって、温度勾配を電気に変換する「熱電変換」が可能となる。 The spin current induced by the temperature gradient can be converted into an electric field (current, voltage) using the above-described inverse spin Hall effect. That is, by using the spin Seebeck effect and the inverse spin Hall effect in combination, “thermoelectric conversion” that converts a temperature gradient into electricity becomes possible.
図1は、特許文献1に開示されている熱電変換素子の構成を示している。サファイア基板101の上に熱スピン流変換部102が形成されている。熱スピン流変換部102は、Ta膜103、PdPtMn膜104及びNiFe膜105の積層構造を有している。NiFe膜105は、面内方向の磁化を有している。更に、NiFe膜105上にはPt電極106が形成されており、そのPt電極106の両端は端子107−1、107−2にそれぞれ接続されている。
FIG. 1 shows a configuration of a thermoelectric conversion element disclosed in
このように構成された熱電変換素子において、NiFe膜105が、スピンゼーベック効果によって温度勾配からスピン流を生成する役割を果たし、Pt電極106が、逆スピンホール効果によってスピン流から起電力を生成する役割を果たす。具体的には、NiFe膜105の面内方向に温度勾配が印加されると、スピンゼーベック効果により、その温度勾配と平行な方向にスピン流が発生する。すると、NiFe膜105からPt電極106にスピン流が流れ込む、あるいは、Pt電極106からNiFe膜105にスピン流が流れ出す。Pt電極106では、逆スピンホール効果により、スピン流方向とNiFe磁化方向とに直交する方向に起電力が生成される。その起電力は、Pt電極106の両端に設けられた端子107−1、107−2から取り出すことができる。
In the thermoelectric conversion element configured as described above, the NiFe
その一方で、安心・安全な社会実現のため、様々な場面で種々の物理量をセンシングする技術が期待されている。特に、磁界(磁界)を検出する磁気センサは、ドア・パネルの開閉検知や、モーターの制御、自動車ペダルの位置検出など、様々な応用分野への適用が加速している。従来の磁気センサは、磁気抵抗(MR)型センサ(例えば、特許文献2)とホール素子型センサ(例えば、特許文献3)の2つに大別される。 On the other hand, in order to realize a safe and secure society, technologies for sensing various physical quantities in various situations are expected. In particular, magnetic sensors that detect magnetic fields (magnetic fields) are accelerating their application in various application fields such as door / panel opening / closing detection, motor control, and vehicle pedal position detection. Conventional magnetic sensors are roughly classified into two types: a magnetoresistive (MR) type sensor (for example, Patent Document 2) and a Hall element type sensor (for example, Patent Document 3).
特許文献2や特許文献3に記載されている磁気センサは、磁気抵抗やホール抵抗の変化を通して磁界を検出する。そのような磁気抵抗やホール抵抗の変化を検知するためには、外部電源を用いて、素子の両端にバイアス電圧を印加しておく必要がある。従って、磁界測定時の消費電力が大きくなる。 The magnetic sensors described in Patent Document 2 and Patent Document 3 detect a magnetic field through changes in magnetic resistance and Hall resistance. In order to detect such a change in magnetic resistance or Hall resistance, it is necessary to apply a bias voltage across the element using an external power source. Therefore, power consumption during magnetic field measurement is increased.
本発明の目的は、磁界測定時の消費電力を低減可能な磁界測定装置及び磁界測定方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a magnetic field measuring apparatus and a magnetic field measuring method capable of reducing power consumption during magnetic field measurement.
本発明の1つの観点において、磁界測定装置が提供される。その磁界測定装置は、磁性体層と、起電層と、磁界情報生成部とを備える。起電層は、磁性体層上に形成され、スピン軌道相互作用を発現する材料で形成される。磁界情報生成部は、起電層に発生する起電力に関する情報に基づいて、磁性体層に印加されている磁界に関する磁界情報を生成する。 In one aspect of the present invention, a magnetic field measurement apparatus is provided. The magnetic field measurement apparatus includes a magnetic layer, an electromotive layer, and a magnetic field information generation unit. The electromotive layer is formed on the magnetic layer and is made of a material that exhibits spin-orbit interaction. The magnetic field information generation unit generates magnetic field information related to the magnetic field applied to the magnetic layer based on information related to the electromotive force generated in the electromotive layer.
本発明の他の観点において、磁界測定方法が提供される。その磁界測定方法は、(A)熱電変換素子を提供するステップを含む。その熱電変換素子は、磁性体層と、磁性体層上に形成されスピン軌道相互作用を発現する材料で形成された起電層と、を備える。磁界測定方法は更に、(B)起電層に発生する起電力に関する情報に基づいて、磁性体層に印加されている磁界に関する磁界情報を生成するステップを含む。 In another aspect of the present invention, a magnetic field measurement method is provided. The magnetic field measurement method includes the step of (A) providing a thermoelectric conversion element. The thermoelectric conversion element includes a magnetic layer and an electromotive layer formed on the magnetic layer and formed of a material that exhibits spin-orbit interaction. The magnetic field measurement method further includes (B) generating magnetic field information related to the magnetic field applied to the magnetic layer based on information related to the electromotive force generated in the electromotive layer.
本発明の磁界測定装置及び磁界測定方法によれば、磁界測定時の消費電力を低減することが可能となる。 According to the magnetic field measurement apparatus and the magnetic field measurement method of the present invention, it is possible to reduce power consumption during magnetic field measurement.
添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係る磁界測定装置及び磁界測定方法を説明する。 A magnetic field measuring apparatus and a magnetic field measuring method according to embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
1.第1の実施の形態
図2は、本発明の第1の実施の形態に係る磁界測定装置1の構成を概略的に示している。磁界測定装置1は、磁性体層20、起電層30、及び磁界情報生成部40を備えている。起電層30は磁性体層20上に形成されている。つまり、磁性体層20と起電層30は積層されている。この積層方向は、以下、Z方向と参照される。Z方向と直交する面内方向は、X方向とY方向である。X方向とY方向は、互いに直交している。1. First Embodiment FIG. 2 schematically shows a configuration of a magnetic
磁性体層20は、スピンゼーベック効果を発現する熱−スピン流変換部である。つまり、磁性体層20は、スピンゼーベック効果によって温度勾配∇Tからスピン流jsを生成(駆動)する。スピン流jsの方向は、温度勾配∇Tの方向と平行あるいは反平行である。図2で示される例では、+Z方向の温度勾配∇Tが印加され、+Z方向あるいは−Z方向に沿ったスピン流jsが生成される。尚、後に説明されるように、磁性体層20は、軟磁性材料を主成分として含んでいることが好適である。The
起電層30は、逆スピンホール効果(スピン軌道相互作用)を発現するスピン流−電流変換部である。つまり、起電層30は、逆スピンホール効果によって上記スピン流jsから起電力を発生する。起電層30は、「スピン軌道相互作用」の大きな材料を含有する。例えば、スピン軌道相互作用の比較的大きなAuやPt、Pd、Ir、その他f軌道を有する金属材料、またはそれらを含有する合金材料を用いる。また、Cuなどの一般的な金属膜材料に、Au、Pt、Pd、Irなどの材料を0.5〜10%程度ドープするだけでも、同様の効果を得ることができる。起電層30は、ITOなどの酸化物であってもよい。尚、測定感度の観点から言えば、スピン流信号を有効活用するために、起電層30の厚さは、金属材料のスピン拡散長程度、もしくはそれ以下に設定することが好ましい。例えばAuであれば50nm、Ptであれば10nm程度に設定することが望ましい。The
このような磁性体層20と起電層30の積層により、熱電変換素子(スピンゼーベック熱電素子)が構成される。以下、図3A及び図3Bを参照して、そのような熱電変換素子によって生成される起電力について説明する。
The lamination of the
図3Aは、−Y方向の外部磁界Hが素子全体に一様に印加されている状況を示している。磁性体層20が軟磁性材料で形成されている場合、その磁化Mの方向は、外部磁界Hと同じ−Y方向となる。また、磁性体層20に+Z方向の温度勾配∇Tが印加されると、スピン流jsが起電層30に流れ込む。起電層30中では、逆スピンホール効果の結果、次の式(1)で表されるような起電界EISHEが生成される。FIG. 3A shows a situation in which the external magnetic field H in the −Y direction is uniformly applied to the entire element. When the
上記式(1)において、θHはスピンホール角、ρは起電層30の抵抗率、jsはスピンゼーベック効果によって駆動される界面スピン流をそれぞれ表す。In the above formula (1), θ H represents the spin Hall angle, ρ represents the resistivity of the
ここで、駆動されるスピン流jsの量は、温度勾配∇Tだけでなく磁化Mの大きさにも依存する。磁化Mの大きさは外部磁界Hに依存するため、スピン流jsは、印加される温度勾配∇Tと外部磁界Hの関数js(∇T,H)として表されることになる。スピン流jsの方向は、図3Aの例では、温度勾配∇T(+Z方向)と逆の−Z方向である。Here, the amount of the driven spin current j s depends not only on the temperature gradient ∇T but also on the magnitude of the magnetization M. Since the magnitude of the magnetization M depends on the external magnetic field H, the spin current j s is expressed as a function j s (∇T, H) of the applied temperature gradient ∇T and the external magnetic field H. The direction of the spin current j s is the −Z direction opposite to the temperature gradient ∇T (+ Z direction) in the example of FIG. 3A.
また、起電界EISHEは、スピン流jsと磁化M(つまり、外部磁界H)の外積に依存している。従って、起電界EISHEも、印加される温度勾配∇Tと外部磁界Hの関数EISHE(∇T,H)として表される。起電界EISHEの大きさは、温度勾配∇Tの大きさと外部磁界Hの大きさに依存する。起電界EISHEの方向は、外部磁界Hと温度勾配∇Tの外積(H×∇T)の方向で与えられ、図3Aの例では+X方向である。In addition, the electromotive field E ISHE depends on the outer product of the spin current j s and the magnetization M (that is, the external magnetic field H). Therefore, the electromotive field E ISHE is also expressed as a function E ISHE (∇T, H) of the applied temperature gradient ∇T and the external magnetic field H. The magnitude of the electromotive field E ISHE depends on the magnitude of the temperature gradient ∇T and the magnitude of the external magnetic field H. The direction of the electromotive force E ISHE is given by the direction of the outer product (H × ∇T) of the external magnetic field H and the temperature gradient ∇T, and is the + X direction in the example of FIG. 3A.
ここで、起電層30上においてX方向に離間した2点を考える。その2点間で観測される起電力V(出力電圧)は、2点間を積分範囲とする以下の線積分式(2)で与えられる。
Here, two points separated in the X direction on the
起電層30に発生する起電力Vも、印加される温度勾配∇Tと外部磁界Hの関数V(∇T,H)として表される。図3Aに示される例では、起電界EISHEは起電層30上にわたって一定であり、起電力Vの方向は+X方向となる。The electromotive force V generated in the
図3Bは、素子に印加されている外部磁界Hの方向が、図3Aの場合と逆方向、すなわち+Y方向である状況を示している。この場合、軟磁性材料で形成された磁性体層20の磁化Mの方向は、外部磁界Hと同じ+Y方向となる。その他の条件が図3Aの場合と同じであれば、起電力Vの方向だけが変わり、−X方向となる。
FIG. 3B shows a situation in which the direction of the external magnetic field H applied to the element is the opposite direction to that in FIG. 3A, that is, the + Y direction. In this case, the direction of the magnetization M of the
このように、素子に印加される外部磁界Hの方向に応じて、起電層30に発生する起電力Vの方向が変わる。従って、その起電力Vの方向を観測することによって、少なくとも外部磁界Hの方向を検出することができる。
Thus, the direction of the electromotive force V generated in the
図4は、外部磁界Hと起電力Vとの関係をより詳しく示している。ここでは、図3Aや図3Bで示されたようなY方向の磁界成分Hyだけを考える。 FIG. 4 shows the relationship between the external magnetic field H and the electromotive force V in more detail. Here, only the magnetic field component Hy in the Y direction as shown in FIGS. 3A and 3B is considered.
−Y方向の磁界成分Hyが0から大きくなっていくと、それに伴って起電力Vの絶対値も増加していく。そして、−Y方向の磁界成分Hyがある値“−Hsy”を超えると、起電力Vはある一定値“−Vs”で飽和する。起電力Vが一定値“−Vs”となるこの領域(Hy<−Hsy)は、以下「飽和領域RSA」と参照される。 As the magnetic field component Hy in the -Y direction increases from 0, the absolute value of the electromotive force V increases accordingly. When the magnetic field component Hy in the −Y direction exceeds a certain value “−Hsy”, the electromotive force V is saturated at a certain constant value “−Vs”. This region (Hy <−Hsy) where the electromotive force V is a constant value “−Vs” is hereinafter referred to as “saturation region RSA”.
同様に、+Y方向の磁界成分Hyが0から大きくなっていくと、それに伴って起電力Vの絶対値も増加していく。そして、+Y方向の磁界成分Hyがある値“Hsy”を超えると、起電力Vはある一定値“Vs”で飽和する。起電力Vが一定値“Vs”となるこの領域(Hy>Hsy)は、以下「飽和領域RSB」と参照される。 Similarly, as the magnetic field component Hy in the + Y direction increases from 0, the absolute value of the electromotive force V increases accordingly. When the magnetic field component Hy in the + Y direction exceeds a certain value “Hsy”, the electromotive force V is saturated at a certain constant value “Vs”. This region (Hy> Hsy) where the electromotive force V is a constant value “Vs” is hereinafter referred to as “saturation region RSB”.
飽和領域RSAと飽和領域RSBとの間の領域(−Hsy<Hy<Hsy)は、以下「過渡領域RT」と参照される。過渡領域RTでは、磁界成分Hyの大きさの変動に応じて、起電力Vの大きさも変動する。 A region between the saturation region RSA and the saturation region RSB (−Hsy <Hy <Hsy) is hereinafter referred to as “transient region RT”. In the transient region RT, the magnitude of the electromotive force V varies according to the variation in the magnitude of the magnetic field component Hy.
飽和領域RSA、RSBの場合、起電力Vの情報から、磁界成分Hyの方向に関する情報が得られるが、磁界成分Hyの大きさに関しては、「Hy<−Hsy」あるいは「Hy>Hsy」という情報しか得られない。つまり、磁界成分Hyの絶対値を検出することはできない。一方、過渡領域RTの場合、起電力Vの情報から、磁界成分Hyの方向と絶対値の両方を検出することができる。例えば、起電力Vの大きさが“V1”である場合、図4のグラフから、磁界成分Hyの大きさが“H1”であることが分かる。In the case of the saturation regions RSA and RSB, information on the direction of the magnetic field component Hy can be obtained from the information on the electromotive force V. Regarding the magnitude of the magnetic field component Hy, information “Hy <−Hsy” or “Hy> Hsy” is obtained. Can only be obtained. That is, the absolute value of the magnetic field component Hy cannot be detected. On the other hand, in the case of the transient region RT, both the direction and absolute value of the magnetic field component Hy can be detected from the information on the electromotive force V. For example, when the magnitude of the electromotive force V is “V 1 ”, it can be seen from the graph of FIG. 4 that the magnitude of the magnetic field component Hy is “H 1 ”.
このような方法で起電力Vから外部磁界Hを推定するための回路が、「磁界情報生成部40」である。図2、図3A及び図3Bに示されるように、磁界情報生成部40は、起電層30に接続されている。そして、磁界情報生成部40は、起電層30に発生する起電力Vに関する情報(方向、大きさ)に基づいて、外部磁界Hに関する情報(方向、大きさ)を生成する。このとき、磁界情報生成部40は、図4で示されたような電圧−磁界特性を参照する。そのような電圧−磁界特性は、テーブル化あるいは数式化され、磁界情報生成部40に実装されていればよい。磁界情報生成部40によって生成される外部磁界Hに関する情報は、以下「磁界情報DH」と参照される。磁界情報生成部40は、生成した磁界情報DHを出力する。
A circuit for estimating the external magnetic field H from the electromotive force V by such a method is the “magnetic field
外部磁界Hの絶対値に関する磁界情報DHを取得することが望まれる場合は、上述の通り、過渡領域RTでの動作が望ましい。従って、外部磁界Hの測定対象レンジよりも過渡領域RTが広くなるような飽和磁界(−Hsy、Hsy)を有する磁性材料を、磁性体層20の材料として用いることが好ましい。
When it is desired to acquire the magnetic field information DH regarding the absolute value of the external magnetic field H, the operation in the transient region RT is desirable as described above. Therefore, a magnetic material having a saturation magnetic field (−Hsy, Hsy) that makes the transient region RT wider than the measurement target range of the external magnetic field H is preferably used as the material of the
外部磁界Hの大きさが小さい場合であってもその方向を感度良く検出するためには、磁性体層20の材料として、保持力の小さい軟磁性材料を用いることが好適である。具体的には、保磁力が10Oe以下の軟磁性材料を用いることが望ましく、高感度磁界測定を行う場合は保磁力1Oe以下がより望ましい。
In order to detect the direction with high sensitivity even when the magnitude of the external magnetic field H is small, it is preferable to use a soft magnetic material having a small coercive force as the material of the
熱電変換効率を増加させるためには、低熱伝導率の材料を磁性体層20に用いて、磁性体層20の表面と裏面との間の温度差を大きくすることが考えられる。また、低電気伝導率の磁性絶縁材料を磁性体層20に用いて、起電層30で発生した電流が磁性体層20に流れることを抑えることも有効である。
In order to increase the thermoelectric conversion efficiency, it is conceivable to increase the temperature difference between the front and back surfaces of the
これらのことを考慮すると、磁性体層20の材料として、例えば、イットリウム鉄ガーネット(YIG)やMn−Zn系フェライトなどのソフトフェライト材料を用いることが考えられる。尚、磁性体層20は、全て軟磁性材料で形成されている必要はなく、軟磁性材料を主成分として含んでいればよい。
Considering these, it is conceivable to use a soft ferrite material such as yttrium iron garnet (YIG) or Mn—Zn ferrite as the material of the
(効果)
以上に説明されたように、本実施の形態によれば、熱電変換素子(スピンゼーベック熱電素子)を利用した新規の磁界測定装置1が提供される。本実施の形態に係る磁界測定装置1によれば、温度勾配∇Tが存在していれば、外部磁界Hに応じた起電力Vが発生する。従って、発生した起電力Vに関する情報に基づいて、外部磁界Hに関する情報を得ることができる。(effect)
As described above, according to the present embodiment, a novel magnetic
既出の特許文献2や特許文献3に記載の技術によれば、磁気抵抗やホール抵抗の変化を通して磁界測定が実施される。そのような磁気抵抗やホール抵抗の変化を検知するためには、外部電源を用いて、素子の両端にバイアス電圧を印加しておく必要がある。このことは、磁界測定時の消費電力や待機電力の増大を招き、また、配線や回路の複雑化の原因となる。 According to the techniques described in Patent Document 2 and Patent Document 3 described above, magnetic field measurement is performed through changes in magnetic resistance and Hall resistance. In order to detect such a change in magnetic resistance or Hall resistance, it is necessary to apply a bias voltage across the element using an external power source. This leads to an increase in power consumption and standby power during magnetic field measurement, and causes wiring and circuit complexity.
一方、本実施の形態によれば、磁界測定時に、外部電源を用いて、素子の両端にバイアス電圧を印加しておく必要はない。従って、磁界測定時の消費電力や待機電力が低減される。また、配線や回路を簡略化することができる。 On the other hand, according to the present embodiment, it is not necessary to apply a bias voltage to both ends of the element using an external power source during magnetic field measurement. Therefore, power consumption and standby power during magnetic field measurement are reduced. In addition, wiring and circuits can be simplified.
本実施の形態に係る磁界測定装置1は、外部電源の代わりに、身近な熱をエネルギー源として利用していると言える。尚、そのような熱源としては、電子機器等が考えられる。
It can be said that the magnetic
2.第2の実施の形態
図5は、本発明の第2の実施の形態に係る磁界測定装置1の構成を概略的に示している。磁性体層20は、基板10上に形成されている。また、起電層30上の異なる位置に第1端子51と第2端子52が形成されている。磁界情報生成部40は、第1配線61を介して第1端子51に接続されており、第2配線62を介して第2端子52に接続されている。そして、磁界情報生成部40は、第1端子51と第2端子52との間の起電力Vに関する情報に基づいて、磁界情報DHを生成する。2. Second Embodiment FIG. 5 schematically shows a configuration of a magnetic
図5に示される例では、第1端子51と第2端子52は、起電層30上でX方向に離間した位置にそれぞれ設けられている。従って、磁界情報生成部40は、第1端子51と第2端子52との間のX方向の起電力Vに関する情報に基づいて、外部磁界HのY方向の磁界成分に関する磁界情報DHを生成することができる。
In the example shown in FIG. 5, the
また、図5に示される例では、第1端子51と第2端子52の各々は、一方向に長く形成されており、その長手方向は、X方向と直交するY方向である。このような構造により、第1端子51と第2端子52との間の起電力のX成分を確実に検出し、Y方向磁界成分を正確に測定することが可能となる。
In the example shown in FIG. 5, each of the
また、第1端子51及び第2端子52の各々の表面抵抗は、起電層30の表面抵抗より低いことが望ましい。例えば、第1端子51と第2端子52の各々は、厚さ100nm以上のCu,Au,Al等の金属材料によって形成される。
Further, the surface resistance of each of the
尚、素子に温度勾配∇Tを印加する手段としては、様々考えられる。例えば、素子の片側もしくは両側に熱源が近接配置される。あるいは、基板10自体が熱源であってもよい。
Various means for applying a temperature gradient ∇T to the element are conceivable. For example, a heat source is disposed close to one side or both sides of the element. Alternatively, the
3.第3の実施の形態
本発明の第3の実施の形態では、異なる方向の磁界成分のそれぞれに関して磁界情報DHを生成するために、磁界成分毎に異なる磁界情報生成部40が設けられる。例えば図6には、外部磁界Hに関してX方向とY方向の両方の磁界成分を検出可能な磁界測定装置1が示されている。3. Third Embodiment In the third embodiment of the present invention, in order to generate magnetic field information DH for each of magnetic field components in different directions, a different magnetic field
X方向の磁界成分用の磁界情報生成部40として、X方向磁界情報生成部40Xが設けられている。このX方向磁界情報生成部40Xは、起電層30に発生するY方向の起電力Vに関する情報に基づいて、X方向の磁界成分に関するX方向磁界情報DH−Xを生成する。より詳細には、起電層30上でY方向に離間した位置に第1端子51Xと第2端子52Xが形成されている。X方向磁界情報生成部40Xは、第1配線61Xを介して第1端子51Xに接続されており、第2配線62Xを介して第2端子52Xに接続されている。そして、X方向磁界情報生成部40Xは、第1端子51Xと第2端子52Xとの間のY方向の起電力Vに関する情報に基づいて、X方向磁界情報DH−Xを生成する。
An X-direction magnetic field
一方、Y方向の磁界成分用の磁界情報生成部40として、Y方向磁界情報生成部40Yが設けられている。このY方向磁界情報生成部40Yは、起電層30に発生するX方向の起電力Vに関する情報に基づいて、Y方向の磁界成分に関するY方向磁界情報DH−Yを生成する。より詳細には、起電層30上でX方向に離間した位置に第1端子51Yと第2端子52Yが形成されている。Y方向磁界情報生成部40Yは、第1配線61Yを介して第1端子51Yに接続されており、第2配線62Yを介して第2端子52Yに接続されている。そして、Y方向磁界情報生成部40Yは、第1端子51Yと第2端子52Yとの間のX方向の起電力Vに関する情報に基づいて、Y方向磁界情報DH−Yを生成する。
On the other hand, a Y-direction magnetic field
X方向磁界成分とY方向磁界成分に対する感度を同等にするためには、X方向に関する端子ペア(51X、52X)の形状及び配置と、Y方向に関する端子ペア(51Y、52Y)の形状及び配置とを同等すればよい。 In order to equalize the sensitivity to the X direction magnetic field component and the Y direction magnetic field component, the shape and arrangement of the terminal pair (51X, 52X) in the X direction and the shape and arrangement of the terminal pair (51Y, 52Y) in the Y direction Should be equivalent.
4.第4の実施の形態
上記の式(2)から分かるように、起電力Vは、第1端子51と第2端子52との間の起電層30の長さにも依存している。起電界EISHEが一定であれば、第1端子51と第2端子52との間の起電層30の長さに比例して、起電力Vも増加する。これは、外部磁界Hが同じ量だけ変化した場合であっても、起電力Vがより大きく変化することを意味する。すなわち、第1端子51と第2端子52との間の起電層30の長さを大きくすることによって、測定感度を増加させることができる。4). Fourth Embodiment As can be seen from the above equation (2), the electromotive force V also depends on the length of the
但し、既出の図5等で示されたような長方形状の起電層30の場合、それを単純に一方向に長くすることは、素子面積の増大を招き、好ましくない。そこで、本発明の第4の実施の形態では、磁性体層20上の起電層30の形成パターンを工夫することによって、第1端子51と第2端子52との間の起電層30の“実効的な長さ”を増加させることを考える。
However, in the case of the rectangular
例えば、図7に示されるように、細長い起電層30が複数回折り曲げられたようなパターンが考えられる。そして、そのようなパターンの起電層30の両端部に、第1端子51と第2端子52がそれぞれ形成される。この場合、第1端子51と第2端子52との間の起電層30の延在方向に沿った長さ(つまり、実効的な長さ)は、磁性体層20の一辺の長さよりもはるかに長くなる。つまり、素子面積を増大させることなく、起電層30の実効的な長さを増加させることができる。
For example, as shown in FIG. 7, a pattern in which a long and thin
図8は、本実施の形態における起電層30の平面パターンの一例を詳しく示している。細長い起電層30が複数回折り曲げられたようなパターンが形成され、その両端部に第1端子51と第2端子52がそれぞれ設けられている。ここで、第1端子51から第2端子52に向かって起電層30上を辿った場合の起電層30の各部分の延在方向を考える。この場合、起電層30は、延在方向がA方向である起電部分30A、延在方向がB方向である起電部分30B、延在方向がC方向である起電部分30C、及び延在方向がD方向である起電部分30Dに区分けされる。ここで、A方向とB方向は直交しており、B方向とC方向は直交しており、C方向とD方向は直交しており、D方向とA方向は直交しており、A方向とC方向は反平行であり、B方向とD方向は反平行である。そして、第1端子51から第2端子52に向かって、「30A、30B、30C、30D、30A・・・」という順番で起電部分が繰り返し現れる。その結果、図8に示されるような“渦巻き状”の平面パターンが形成される。
FIG. 8 shows an example of the plane pattern of the
次に、図9A及び図9Bを参照して、上記図8で示された起電層30に関して、外部磁界Hが印加された場合の起電状態を考える。ここでは、一例として、起電層30が単一材料で一様に形成されている場合を考える。また、起電部分30A、30B、30C、30Dの幅は略同じであり、それぞれの全長も略同じであるとする。
Next, with reference to FIG. 9A and FIG. 9B, the electromotive state when the external magnetic field H is applied regarding the
図9Aは、+X方向の外部磁界Hが印加されている場合を示している。この場合、起電層30の各点において、+Y方向の起電界EISHEが発生する。従って、起電部分30A、30Bでは、それぞれの延在方向A、Bとは逆方向、すなわち、起電層30に沿って第2端子52から第1端子51へ向かう方向の起電界EISHEが発生する。一方、起電部分30C、30Dでは、それぞれの延在方向C、Dと同じ方向、すなわち、起電層30に沿って第1端子51から第2端子52へ向かう方向の起電界EISHEが発生する。FIG. 9A shows a case where an external magnetic field H in the + X direction is applied. In this case, at each point of the
起電層30に沿って第1端子51から第2端子52へ向かう起電力Vの総計は、以下「第1起電力V1」と参照される。一方、起電層30に沿って第2端子52から第1端子51へ向かう起電力Vの総計は、以下「第2起電力V2」と参照される。図9Aで示される例では、起電部分30C、30Dが第1起電力V1に寄与し、起電部分30A、30Bが第2起電力V2に寄与する。そして、第1起電力V1と第2起電力V2はほぼ等しくなる。すなわち、第1起電力V1と第2起電力V2が互いに打ち消し合い、第1端子51と第2端子52との間の起電力V(出力電圧)がほぼゼロになってしまう。
The total amount of electromotive force V traveling from the
図9Bは、+Y方向の外部磁界Hが印加されている場合を示している。この場合、起電層30の各点において、−X方向の起電界EISHEが発生する。従って、起電部分30B、30Cでは、それぞれの延在方向B、Cとは逆方向、すなわち、起電層30に沿って第2端子52から第1端子51へ向かう方向の起電界EISHEが発生する。一方、起電部分30D、30Aでは、それぞれの延在方向D、Aと同じ方向、すなわち、起電層30に沿って第1端子51から第2端子52へ向かう方向の起電界EISHEが発生する。従って、図9Aの場合と同様に、第1起電力V1と第2起電力V2が互いに打ち消し合い、第1端子51と第2端子52との間の起電力V(出力電圧)がほぼゼロになってしまう。FIG. 9B shows a case where an external magnetic field H in the + Y direction is applied. In this case, an electromotive field E ISHE in the −X direction is generated at each point of the
このように、図8で示されたような平面パターンの起電層30が単一材料で一様に形成されている場合、第1起電力V1と第2起電力V2が打ち消し合い、熱電変換効率が非常に悪くなる。すなわち、第1端子51と第2端子52との間の起電層30の“実効的な長さ”を大きくしたことによる利点が十分に得られない。
As described above, when the
従って、第1起電力V1と第2起電力V2とがなるべく“非対称”となるように、起電層30が形成されることが好適である。そのためには、第1起電力V1に寄与する起電部分と第2起電力V2に寄与する起電部分とで、熱電変換効率(スピンホール効果)が異なっていればよい。
Therefore, it is preferable to form the
例えば、図10に示されるような起電層30が考えられる。図10に示される起電層30の平面パターンは、図8で示されたものと同じである。但し、起電層30の材料は一様ではなく、熱電変換効率の異なる材料が混在している。具体的には、起電部分30A、30Bの材料のスピン軌道相互作用(スピンホール効果)は、起電部分30C、30Dの材料のものよりも小さい。従って、起電部分30A、30Bにおける熱電変換効率は、起電部分30C、30Dにおけるものよりも低くなる(抑えられる)。外部磁界Hが印加された際の起電層30での起電状態は、次の通りである。
For example, an
図11Aは、+X方向の外部磁界Hが印加されている場合を示している。このとき、上記の図9Aの場合と同様に、起電部分30C、30Dによって、第1端子51から第2端子52へ向かう方向の第1起電力V1が生成される。その一方で、第2起電力V2に寄与する起電部分30A、30Bのスピンホール効果は小さいため、第2起電力V2は非常に小さくなる。すなわち、第1起電力V1と第2起電力V2は非対称となり、第1端子51と第2端子52から有効な起電力V(出力電圧)を取り出すことが可能となる。
FIG. 11A shows a case where an external magnetic field H in the + X direction is applied. At this time, the first electromotive force V1 in the direction from the
図11Bは、+Y方向の外部磁界Hが印加されている場合を示している。この場合、起電部分30Dが、第1端子51から第2端子52へ向かう第1起電力V1を生成し、起電部分30Cが、第2端子52から第1端子51へ向かう第2起電力V2を生成する。従って、上記の図9Bの場合と同様に、第1起電力V1と第2起電力V2が互いに打ち消し合い、第1端子51と第2端子52との間の起電力V(出力電圧)はほぼゼロになる。
FIG. 11B shows a case where an external magnetic field H in the + Y direction is applied. In this case, the
このように、図10で示された起電層30は、X方向の磁界成分に対して高い感度を有する。XY面内で90度回転させることによって、Y方向の磁界成分に対して高い感度を有する起電層30を実現することも可能である。いずれの場合であっても、平面パターンの工夫により、起電層30の“実効的な長さ”が大きくなっている。これにより、素子面積を増大させることなく、測定感度の向上が実現される。
Thus, the
尚、起電層30の平面パターンは、図10で示されたものに限られない。特定方向の外部磁界Hが素子に印加されているときに第1起電力V1と第2起電力V2が非対称となるように、起電層30が形成されていればよい。
Note that the plane pattern of the
例えば、図12に示されるような起電層30の平面パターンも可能である。また、図13に示されるような“渦巻き状”の平面パターンも可能である。図13に示される例では、スピン軌道相互作用(スピンホール効果)の異なる起電部分30E、30Fが混在している。また、図14に示されるような“蛇行状”の平面パターンも可能である。図14に示される例では、スピン軌道相互作用(スピンホール効果)の異なる起電部分30G、30Hが混在している。いずれの場合であっても、X方向の外部磁界Hが印加された際、第1起電力V1と第2起電力V2が非対称となる。
For example, a planar pattern of the
5.第5の実施の形態
本発明の第5の実施の形態では、上記の第4の実施の形態をベースとして、異なる方向の磁界成分のそれぞれに関して磁界情報DHを生成することを考える。具体的には、磁界情報生成部40、第1端子51、第2端子52、及び起電層30を、ある特定方向の磁界成分を検出するための1つのセットとして考える。そして、そのようなセットが、異なる磁界成分毎に設けられる。5. Fifth Embodiment In the fifth embodiment of the present invention, it is considered that the magnetic field information DH is generated for each of the magnetic field components in different directions, based on the fourth embodiment. Specifically, the magnetic field
例えば、図15に示されるように、X方向の磁界成分を検出するために、起電層30X、X方向磁界情報生成部40X、第1端子51X及び第2端子52Xが設けられている。起電層30Xは、X方向の磁界成分に対して高い感度を有するように構成されている。その起電層30Xの両端に、第1端子51X及び第2端子52Xが形成されている。X方向磁界情報生成部40Xは、第1端子51X及び第2端子52Xに接続されており、第1端子51Xと第2端子52Xとの間の起電力Vに関する情報に基づいてX方向磁界情報DH−Xを生成する。
For example, as illustrated in FIG. 15, an
また、Y方向の磁界成分を検出するために、起電層30Y、Y方向磁界情報生成部40Y、第1端子51Y及び第2端子52Yが設けられている。起電層30Yは、Y方向の磁界成分に対して高い感度を有するように構成されている。その起電層30Yの両端に、第1端子51Y及び第2端子52Yが形成されている。Y方向磁界情報生成部40Yは、第1端子51Y及び第2端子52Yに接続されており、第1端子51Yと第2端子52Yとの間の起電力Vに関する情報に基づいてY方向磁界情報DH−Yを生成する。
Moreover, in order to detect the magnetic field component of a Y direction, the
図16に示される例では、X方向の磁界成分を検出するために、起電層30X、X方向磁界情報生成部40X、端子51(第1端子)及び端子52(第2端子)が設けられている。起電層30Xは、X方向の磁界成分に対して高い感度を有するように構成されている。その起電層30Xの両端に、端子51、52が形成されている。X方向磁界情報生成部40Xは、端子51、52に接続されており、それら端子51、52との間の起電力Vに関する情報に基づいてX方向磁界情報DH−Xを生成する。
In the example shown in FIG. 16, an
また、Y方向の磁界成分を検出するために、起電層30Y、Y方向磁界情報生成部40Y、端子53(第1端子)及び端子52(第2端子)が設けられている。起電層30Yは、Y方向の磁界成分に対して高い感度を有するように構成されている。その起電層30Yの両端に、端子52、53が形成されている。Y方向磁界情報生成部40Yは、端子52、53に接続されており、それら端子52、53との間の起電力Vに関する情報に基づいてY方向磁界情報DH−Yを生成する。
Further, in order to detect a magnetic field component in the Y direction, an
図16に示される例では、起電層30Xと起電層30Yが連結しており、端子52がX方向とY方向とで共用されている。端子の共用は、素子面積削減の観点から好適である。
In the example shown in FIG. 16, the
6.第6の実施の形態
図17A及び図17Bを参照して、本発明の実施の形態に係る磁界測定装置1の応用例を説明する。図17A及び図17Bには、開閉可能な電子機器70が示されている。その電子機器70は、ベース部71及びカバー部72を備えており、カバー部72を回転させることにより電子機器70の開閉が行われる。6). Sixth Embodiment With reference to FIGS. 17A and 17B, an application example of the magnetic
カバー部72には、上部永久磁石80が取り付けられている。一方、ベース部71には、下部永久磁石90が取り付けられており、その下部永久磁石90上に、ギャップ層(バッファ層)を介して、本発明の実施の形態に係る磁界測定装置1が設けられている。ここで、上部永久磁石80の磁化方向は+Y方向であり、下部永久磁石90の磁化方向は−Y方向である。また、上部永久磁石80の磁化は、下部永久磁石90の磁化よりも大きい。
An upper
電子機器70は、動作することにより熱を発生し、その熱が磁界測定装置1に印加される。すなわち、電子機器70(ベース部71)は、磁界測定装置1に対して温度勾配∇Tを印加する熱源としての役割も果たす。図17A及び図17Bの例では、+Z方向の温度勾配∇Tが磁界測定装置1に対して印加されている。
The electronic device 70 generates heat by operating, and the heat is applied to the magnetic
図17Aは、「開状態」を示している。開状態において、磁性体層20の近傍には、下部永久磁石90だけが存在する。従って、磁性体層20の磁化方向は、下部永久磁石90のつくる局所磁場に応じた方向(本例では+Y方向)となる。
FIG. 17A shows the “open state”. In the open state, only the lower
図17Bは、「閉状態」を示している。閉状態において、磁性体層20は、下部永久磁石90と上部永久磁石80との間に挟まれ、その両方から影響を受ける。ここで、上部永久磁石80の磁化は下部永久磁石90の磁化よりも大きいため、上部永久磁石80からの影響が支配的となる。従って、磁性体層20の磁化方向は、上部永久磁石80のつくる局所磁場に応じた方向(本例では−Y方向)となる。
FIG. 17B shows the “closed state”. In the closed state, the
このように、開状態と閉状態とで、磁性体層20の磁化方向が切り替わるため、起電層30に発生する起電力の方向も切り替わる。従って、磁界情報生成部40から出力される磁界情報DHを参照することによって、電子機器70の開閉を検知することが可能となる。
Thus, since the magnetization direction of the
本例で示されように、電子機器などで自然発生する熱を利用して磁界測定装置1を動作させることができるため、外部電源が不要で、容易に外付け可能なセンシングシステムが構築できる。
As shown in this example, since the magnetic
7.第7の実施の形態
磁性体層20がヒステリシス特性を有する場合、測定精度を高めるために、測定前に磁化の初期化を行ってもよい。磁化の初期化は、永久磁石等を用いて、外部から初期化用磁界を印加することにより行われる。その初期化用磁界は、磁性体層20の保磁力よりも強い。7). Seventh Embodiment When the
例えば、図18Aに示されるように、磁性体層20の磁化状態が飽和領域RSAとなるように初期化が行われる。その初期化が完了した後、磁界測定が行われる。この場合、磁界情報生成部40は、電圧磁界特性CAを参照することによって、磁界情報DHを生成する。
For example, as shown in FIG. 18A, initialization is performed so that the magnetization state of the
また、例えば、図18Bに示されるように、磁性体層20の磁化状態が飽和領域RSBとなるように初期化が行われてもよい。その初期化が完了した後、磁界測定が行われる。この場合、磁界情報生成部40は、電圧磁界特性CBを参照することによって、磁界情報DHを生成する。
Further, for example, as shown in FIG. 18B, initialization may be performed so that the magnetization state of the
ここで、同じ外部磁界Hが印加された場合であっても、図18Aと図18Bとでは、起電力V(出力電圧)が異なることに留意されたい。従って、初期化の方法に応じて、参照する電圧磁界特性(CA、CB)を切り替えればよい。これにより、正確な磁界測定が可能となる。 Here, it should be noted that even when the same external magnetic field H is applied, the electromotive force V (output voltage) differs between FIG. 18A and FIG. 18B. Therefore, the voltage magnetic field characteristics (CA, CB) to be referred to may be switched according to the initialization method. Thereby, an accurate magnetic field measurement becomes possible.
また、図19に示されるように、磁性体層20を消磁する(磁化をゼロにする)ことにより、初期化が行われてもよい。これによっても、正確な磁界測定が可能となる。尚、消磁の方法としては、外部から熱を加え磁化をゼロにする熱消磁や、時間とともに減衰する外部交流磁界によって磁化をゼロにする交流消磁などが利用できる。熱消磁の場合、磁性体層20をキュリー温度以上に加熱することが望ましい。
Further, as shown in FIG. 19, initialization may be performed by demagnetizing the magnetic layer 20 (making the magnetization zero). This also enables accurate magnetic field measurement. In addition, as a demagnetization method, thermal demagnetization in which magnetization is made zero by applying heat from the outside, or AC demagnetization in which magnetization is made zero by an external alternating magnetic field that decays with time can be used. In the case of thermal demagnetization, it is desirable to heat the
尚、実際の磁界測定においては、素子に印加される温度勾配によってスピンゼーベック効果も変化する。よって、出力電圧Vのみの測定では磁界の絶対値を正確に決定できない可能性がある。この場合、飽和磁界で磁性体層20の磁化を飽和させた状態で出力電圧Vsを測定し、それに対してどの程度増減したかを示す相対指標(V/Vs)を評価する。V、Vsはそれぞれ温度勾配に比例することから、相対指標を利用することで温度依存性がキャンセルされ、磁界の絶対値を決定することが可能となる。
In actual magnetic field measurement, the spin Seebeck effect also changes depending on the temperature gradient applied to the element. Therefore, there is a possibility that the absolute value of the magnetic field cannot be accurately determined by measuring only the output voltage V. In this case, the output voltage Vs is measured in a state where the magnetization of the
以上、本発明の実施の形態が添付の図面を参照することにより説明された。但し、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で当業者により適宜変更され得る。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。 A part or all of the above-described embodiment can be described as in the following supplementary notes, but is not limited thereto.
(付記1)
磁性体層と、
前記磁性体層上に形成され、スピン軌道相互作用を発現する材料で形成された起電層と、
前記起電層に発生する起電力に関する情報に基づいて、前記磁性体層に印加されている磁界に関する磁界情報を生成する磁界情報生成部と
を備える
磁界測定装置。(Appendix 1)
A magnetic layer;
An electromotive layer formed on the magnetic layer and formed of a material that exhibits spin-orbit interaction;
A magnetic field measurement device comprising: a magnetic field information generation unit that generates magnetic field information related to a magnetic field applied to the magnetic layer based on information related to an electromotive force generated in the electromotive layer.
(付記2)
付記1に記載の磁界測定装置であって、
前記磁性体層は、軟磁性材料である
磁界測定装置。(Appendix 2)
A magnetic field measuring apparatus according to
The magnetic material layer is a soft magnetic material.
(付記3)
付記1又は2に記載の磁界測定装置であって、
更に、
前記起電層の異なる位置に形成された第1端子及び第2端子
を備え、
前記磁界情報生成部は、前記第1端子及び前記第2端子に接続されており、前記第1端子と前記第2端子との間の前記起電力に関する情報に基づいて前記磁界情報を生成する
磁界測定装置。(Appendix 3)
A magnetic field measuring apparatus according to
Furthermore,
A first terminal and a second terminal formed at different positions of the electromotive layer;
The magnetic field information generation unit is connected to the first terminal and the second terminal, and generates the magnetic field information based on information on the electromotive force between the first terminal and the second terminal. measuring device.
(付記4)
付記3に記載の磁界測定装置であって、
前記第1端子から前記第2端子へ向かう前記起電力は第1起電力であり、
前記第2端子から前記第1端子へ向かう前記起電力は第2起電力であり、
前記磁界が特定方向に印加されるとき前記第1起電力と前記第2起電力が非対称となるように、前記起電層は形成されている
磁界測定装置。(Appendix 4)
The magnetic field measurement apparatus according to attachment 3, wherein
The electromotive force from the first terminal toward the second terminal is a first electromotive force,
The electromotive force from the second terminal toward the first terminal is a second electromotive force,
The electromotive layer is formed such that the first electromotive force and the second electromotive force are asymmetric when the magnetic field is applied in a specific direction.
(付記5)
付記4に記載の磁界測定装置であって、
前記起電層は、
第1起電部分と、
前記第1起電部分とスピンホール効果の異なる材料で形成された第2起電部分と
を有し、
前記磁界が前記特定方向に印加される状況において、前記第1起電部分が前記第1起電力を生成し、前記第2起電部分が前記第2起電力を生成する
磁界測定装置。(Appendix 5)
A magnetic field measuring apparatus according to
The electromotive layer is
A first electromotive part;
A first electromotive portion and a second electromotive portion formed of a material having a different spin Hall effect;
The magnetic field measurement apparatus in which the first electromotive force part generates the first electromotive force and the second electromotive force part generates the second electromotive force in a situation where the magnetic field is applied in the specific direction.
(付記6)
付記5に記載の磁界測定装置であって、
前記第1端子から前記第2端子に向かって前記起電層上を辿った場合の前記起電層の各部分の延在方向を考えたとき、
前記第1起電部分は、前記延在方向が第1延在方向である部分を含み、
前記第2起電部分は、前記延在方向が前記第1延在方向と反平行の第2延在方向である部分を含む
磁界測定装置。(Appendix 6)
A magnetic field measuring apparatus according to appendix 5, wherein
When considering the extending direction of each part of the electromotive layer when the electromotive layer is traced from the first terminal toward the second terminal,
The first electromotive portion includes a portion in which the extending direction is the first extending direction,
The second electromotive portion includes a portion in which the extending direction is a second extending direction antiparallel to the first extending direction.
(付記7)
付記1乃至3のいずれか一項に記載の磁界測定装置であって、
異なる方向の磁界成分のそれぞれに関して前記磁界情報が生成されるように、前記異なる方向毎に前記磁界情報生成部が設けられている
磁界測定装置。(Appendix 7)
A magnetic field measuring apparatus according to any one of
The magnetic field measurement apparatus, wherein the magnetic field information generation unit is provided for each of the different directions so that the magnetic field information is generated for each of magnetic field components in different directions.
(付記8)
付記4乃至6のいずれか一項に記載の磁界測定装置であって、
前記磁界情報生成部、前記第1端子、前記第2端子及び前記起電層を、1つのセットとして考えたとき、
異なる方向の磁界成分のそれぞれに関して前記磁界情報が生成されるように、前記異なる方向毎に前記セットが設けられている
磁界測定装置。(Appendix 8)
The magnetic field measuring apparatus according to any one of
When considering the magnetic field information generation unit, the first terminal, the second terminal and the electromotive layer as one set,
The magnetic field measuring apparatus, wherein the set is provided for each different direction so that the magnetic field information is generated for each of magnetic field components in different directions.
(付記9)
磁性体層と、前記磁性体層上に形成されスピン軌道相互作用を発現する材料で形成された起電層と、を備える熱電変換素子を提供するステップと、
前記起電層に発生する起電力に関する情報に基づいて、前記磁性体層に印加されている磁界に関する磁界情報を生成するステップと
を含む
磁界測定方法。(Appendix 9)
Providing a thermoelectric conversion element comprising: a magnetic layer; and an electromotive layer formed on the magnetic layer and formed of a material that exhibits spin-orbit interaction;
Generating magnetic field information relating to the magnetic field applied to the magnetic layer based on information relating to the electromotive force generated in the electromotive layer.
本出願は、2012年4月11日に出願された日本国特許出願2012−090459を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。 This application claims the priority on the basis of the Japan patent application 2012-090459 for which it applied on April 11, 2012, and takes in those the indications of all here.
Claims (9)
前記磁性体層上に形成され、スピン軌道相互作用を発現する材料で形成された起電層と、
前記起電層に発生する起電力に関する情報に基づいて、前記磁性体層に印加されている磁界に関する磁界情報を生成する磁界情報生成部と
を備える
磁界測定装置。A magnetic layer;
An electromotive layer formed on the magnetic layer and formed of a material that exhibits spin-orbit interaction;
A magnetic field measurement device comprising: a magnetic field information generation unit that generates magnetic field information related to a magnetic field applied to the magnetic layer based on information related to an electromotive force generated in the electromotive layer.
前記磁性体層は、軟磁性材料である
磁界測定装置。The magnetic field measurement apparatus according to claim 1,
The magnetic material layer is a soft magnetic material.
更に、
前記起電層の異なる位置に形成された第1端子及び第2端子
を備え、
前記磁界情報生成部は、前記第1端子及び前記第2端子に接続されており、前記第1端子と前記第2端子との間の前記起電力に関する情報に基づいて前記磁界情報を生成する
磁界測定装置。The magnetic field measuring device according to claim 1 or 2,
Furthermore,
A first terminal and a second terminal formed at different positions of the electromotive layer;
The magnetic field information generation unit is connected to the first terminal and the second terminal, and generates the magnetic field information based on information on the electromotive force between the first terminal and the second terminal. measuring device.
前記第1端子から前記第2端子へ向かう前記起電力は第1起電力であり、
前記第2端子から前記第1端子へ向かう前記起電力は第2起電力であり、
前記磁界が特定方向に印加されるとき前記第1起電力と前記第2起電力が非対称となるように、前記起電層は形成されている
磁界測定装置。The magnetic field measurement apparatus according to claim 3,
The electromotive force from the first terminal toward the second terminal is a first electromotive force,
The electromotive force from the second terminal toward the first terminal is a second electromotive force,
The electromotive layer is formed such that the first electromotive force and the second electromotive force are asymmetric when the magnetic field is applied in a specific direction.
前記起電層は、
第1起電部分と、
前記第1起電部分とスピンホール効果の異なる材料で形成された第2起電部分と
を有し、
前記磁界が前記特定方向に印加される状況において、前記第1起電部分が前記第1起電力を生成し、前記第2起電部分が前記第2起電力を生成する
磁界測定装置。The magnetic field measurement apparatus according to claim 4,
The electromotive layer is
A first electromotive part;
A first electromotive portion and a second electromotive portion formed of a material having a different spin Hall effect;
The magnetic field measurement apparatus in which the first electromotive force part generates the first electromotive force and the second electromotive force part generates the second electromotive force in a situation where the magnetic field is applied in the specific direction.
前記第1端子から前記第2端子に向かって前記起電層上を辿った場合の前記起電層の各部分の延在方向を考えたとき、
前記第1起電部分は、前記延在方向が第1延在方向である部分を含み、
前記第2起電部分は、前記延在方向が前記第1延在方向と反平行の第2延在方向である部分を含む
磁界測定装置。The magnetic field measuring apparatus according to claim 5,
When considering the extending direction of each part of the electromotive layer when the electromotive layer is traced from the first terminal toward the second terminal,
The first electromotive portion includes a portion in which the extending direction is the first extending direction,
The second electromotive portion includes a portion in which the extending direction is a second extending direction antiparallel to the first extending direction.
異なる方向の磁界成分のそれぞれに関して前記磁界情報が生成されるように、前記異なる方向毎に前記磁界情報生成部が設けられている
磁界測定装置。A magnetic field measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The magnetic field measurement apparatus, wherein the magnetic field information generation unit is provided for each of the different directions so that the magnetic field information is generated for each of magnetic field components in different directions.
前記磁界情報生成部、前記第1端子、前記第2端子及び前記起電層を、1つのセットとして考えたとき、
異なる方向の磁界成分のそれぞれに関して前記磁界情報が生成されるように、前記異なる方向毎に前記セットが設けられている
磁界測定装置。The magnetic field measuring apparatus according to any one of claims 4 to 6,
When considering the magnetic field information generation unit, the first terminal, the second terminal and the electromotive layer as one set,
The magnetic field measuring apparatus, wherein the set is provided for each different direction so that the magnetic field information is generated for each of magnetic field components in different directions.
前記起電層に発生する起電力に関する情報に基づいて、前記磁性体層に印加されている磁界に関する磁界情報を生成するステップと
を含む
磁界測定方法。
Providing a thermoelectric conversion element comprising: a magnetic layer; and an electromotive layer formed on the magnetic layer and formed of a material that exhibits spin-orbit interaction;
Generating magnetic field information relating to the magnetic field applied to the magnetic layer based on information relating to the electromotive force generated in the electromotive layer.
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JP2012090459 | 2012-04-11 | ||
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