(57)【要約】【課題】材料に光を照射するだけで自在に熱エネルギーを制御する熱流制御装置を提供する。【解決手段】全光型磁化反転と異常エッチングスハウゼン効果を示す磁性体１０と、磁性体１０に電流を印加可能に設けられた電流印加手段２０と、偏光を制御できる光照射手段３０とを備え、光照射手段３０で磁性体１０に円偏光を照射したとき、磁性体１０の円偏光の照射された領域で、異常エッチングスハウゼン効果によって生成された熱流方向を制御できることを特徴とする。【選択図】図１
2020113679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全光型磁化反転と異常エッチングスハウゼン効果を示す磁性体と、
前記磁性体に電流を印加可能に設けられた電流印加手段と、
偏光を制御できる光照射手段を備え、
前記光照射手段で前記磁性体に円偏光を照射したとき、前記磁性体の円偏光の照射された領域で、異常エッチングスハウゼン効果によって生成された熱流方向を制御できることを特徴とする熱流制御装置。
【請求項２】
前記磁性体は、強磁性体、フェリ磁性体または反強磁性体から成ることを特徴とする請求項１に記載の熱流制御装置。
【請求項３】
前記強磁性体は、Ｐｔ／Ｃｏの多層膜を有し、当該多層膜の全体として強磁性体として振る舞うことを特徴とする請求項２記載の熱流制御装置。
【請求項４】
前記フェリ磁性体は、ＦｅＴｂ合金であることを特徴とする請求項２記載の熱流制御装置。
【請求項５】
前記光照射手段は、直線偏光を前記磁性体に照射すると共に、
前記磁性体は、前記直線偏光の照射された領域で、異常エッチングスハウゼン効果によって生成される正味の熱流をゼロにできることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱流制御装置。
【請求項６】
全光型磁化反転を示す第１の磁性体と、
前記第１の磁性体と磁気的に結合すると共に、全光型磁化反転を示さない第２の磁性体と、
前記第１の磁性体と第２の磁性体の双方に電流を印加可能に設けられた電流印加手段と、
偏光を制御できる光照射手段を備え、
前記光照射手段で前記第１の磁性体に円偏光を照射したとき、前記第１の磁性体の円偏光の照射された領域で、前記第１の磁性体の有する異常エッチングスハウゼン効果によって生成された熱流の方向を制御できると共に、
前記第２の磁性体は、前記第１の磁性体の円偏光の照射された領域で、第２の磁性体の有する異常エッチングスハウゼン効果によって前記熱流の出力を増強することを特徴とする熱流制御装置。
【請求項７】
全光型磁化反転を示す第１の磁性体と、
前記第１の磁性体と磁気的に結合すると共に、全光型磁化反転を示さない第３の磁性体と、
前記第３の磁性体に電流を印加可能に設けられた電流印加手段と、
偏光を制御できる光照射手段を備え、
前記光照射手段で前記第１の磁性体に円偏光を照射したとき、前記第１の磁性体の円偏光の照射された領域で、前記第３の磁性体の有する異常エッチングスハウゼン効果によって生成された熱流の出力方向を制御できることを特徴とする熱流制御装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の熱流制御装置を用いた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱流制御装置及びこれを用いた電子機器に関し、特に材料に光を照射するだけで自在に熱エネルギーを制御できる熱流制御装置及びこれを用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩやμプロセッサのような電子デバイスは、１９６５年に発表されたムーアの法則の下、集積回路上のトランジスタ数は１８か月ごとに２倍になる傾向を５０年間に渡り維持している。そして、集積回路技術の継続的な進歩により、５０年間で集積回路は７桁以上の集積度の向上をみせている。今日、量子コンピューティングの時代に向けて鋭意研究開発が推進されており、トランジスタ一個の大きさが原子１個に近づきつつあり、ムーアの法則もその限界に近づきつつあると言われている。
【０００３】
このような、集積回路の高集積度化は、一方で発熱密度の増大による故障率の増加や信頼性の低下をもたらしている。そこで、従来のヒートシンクや冷媒を用いた冷却では充分な冷却能力が得られにくくなっている。
【０００４】
そこで、磁場をかけて電気を熱に変換するエッチングスハウゼン効果、もしくはその逆の変換過程を用いることが、例えば特許文献１で提案されている。
図１４は、エッチングスハウゼン素子１がＮ極とＳ極を向かい合って設置した磁石２に挟まれており、これが絶縁台３上に設置されたものである。
ここで、エッチングスハウゼン効果とは、エッチングスハウゼン素子１に電流ＩｘをＸ方向に流し、その方向と直角なＹ方向に磁束密度Ｂｙの磁場がかかっている場合、Ｚ方向に温度勾配が生じるものである。
【０００５】
さらに、薄膜状の熱電素子と薄膜状の磁石を使用し、エッチングスハウゼン効果を利用することにより、電気的に冷却を行うことが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、エッチングスハウゼン効果を用いた素子では、ムーアの法則の下、微細化が継続的に進行している電子デバイスの温度管理に必要な熱管理の精度を確保することが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−２５７２８２号公報
【特許文献２】特開平４−２０６８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、従来のヒートシンクや冷媒を用いた冷却とは全く異なる原理で、材料に光を照射するだけで自在に熱エネルギーを制御する熱流制御装置及びこれを用いた電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を進めた結果、異常エッチングスハウゼン効果を用いることで、磁化による熱流制御が可能になり、熱流ＯＮ／ＯＦＦ、熱流方向の回転などが行えることと、および異常エッチングスハウゼン効果と、強磁性体やフェリ磁性体に光を照射することで磁化反転を誘起する現象で、光磁気記録の原理である照射する光の円偏光のヘリシティ（右回り／左回り円偏光）に依存して磁化の向きを自在に制御制御できる全光型磁化反転技術を組み合わせることで、本発明を完成させた。
【０００９】
〔１〕本発明の熱流制御装置は、例えば図１に示すように、全光型磁化反転と異常エッチングスハウゼン効果を示す磁性体１０と、磁性体１０に電流を印加可能に設けられた電流印加手段２０と、偏光を制御する光照射手段３０を備え、光照射手段３０で磁性体１０に円偏光を照射したとき、磁性体１０の円偏光の照射された領域で、異常エッチングスハウゼン効果によって生成された熱流方向を制御できることを特徴とする。
【００１０】
〔２〕好ましくは、磁性体１０は、強磁性体、フェリ磁性体または反強磁性体から成るとよい。
〔３〕好ましくは、前記強磁性体は、Ｐｔ／Ｃｏの多層膜を有し、当該多層膜の全体として強磁性体として振る舞うとよい。
〔４〕好ましくは、前記フェリ磁性体は、ＦｅＴｂ合金であるとよい。
〔５〕好ましくは、光照射手段３０は、直線偏光を磁性体１０に照射すると共に、磁性体１０は、前記直線偏光の照射された領域で、異常エッチングスハウゼン効果によって生成される正味の熱流をゼロにできるとよい。これは、直線偏光照射によって磁性体１０に磁化方向がランダムな多磁区が形成されるためであり、熱制御したい領域の大きさが磁区サイズよりも大きな場合は、各磁区中で生じた熱流が全体で打ち消し合うためである。
【００１１】
〔６〕本発明の熱流制御装置は、例えば図１２に示すように、全光型磁化反転を示す第１の磁性体１０３と、第１の磁性体１０３と磁気的に結合すると共に、全光型磁化反転を示さない第２の磁性体１０５と、第１の磁性体１０３・第２の磁性体１０５の双方に電流を印加可能に設けられた電流印加手段と、偏光を制御する光照射手段を備え、前記光照射手段で第１の磁性体１０３に円偏光を照射したとき、第１の磁性体１０３の円偏光の照射された領域で、第１の磁性体１０３の有する異常エッチングスハウゼン効果によって生成された熱流の方向を制御できると共に、第２の磁性体１０５は、第１の磁性体１０３の円偏光の照射された領域で、第２の磁性体１０５の有する異常エッチングスハウゼン効果によって前記熱流の出力を増強することを特徴とする。
【００１２】
〔７〕本発明の熱流制御装置は、例えば図１３に示すように、全光型磁化反転を示す第１の磁性体１２３と、第１の磁性体１２３と磁気的に結合すると共に、全光型磁化反転を示さない第３の磁性体１２６と、第３の磁性体１２６に電流を印加可能に設けられた電流印加手段と、偏光を制御する光照射手段を備え、前記光照射手段で第１の磁性体１２３に円偏光を照射したとき、第１の磁性体１２３の円偏光の照射された領域で、第３の磁性体１２６の有する異常エッチングスハウゼン効果によって生成された熱流の出力方向を制御できることを特徴とする。
〔８〕〔１〕乃至〔７〕のいずれか１に記載の熱流制御装置を用いた電子機器。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の熱流制御装置によれば、磁性体において発現する熱電効果である「異常エッチングスハウゼン効果」と「全光型磁化反転技術」を組み合わせることで、材料に光を照射するだけで自在に熱エネルギーを制御できる。
本発明の熱流制御装置を用いた電子機器によれば、光照射で磁化分布を変えることによって、熱電変換特性の再構成や局所的に磁化分布を変えることによる任意箇所の電子冷却／加熱が行える。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態を示す異常エッチングスハウゼン効果を用いた熱流制御装置の要部構成図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す磁性体の説明図で、（Ａ）は要部構成斜視図、（Ｂ）は磁化カーブ、（Ｃ）は偏光顕微鏡像、（Ｄ）は異常ホール効果の測定によりＡＯＳの効率を評価した結果である。
【図３】本発明の一実施形態を示す強磁性体やフェリ磁性体に対する異常エッチングスハウゼン効果を実証する実験の説明図で、（Ａ）は初期状態として磁化が＋ｚ方向を向いている場合の異常エッチングスハウゼン効果の模式的説明図、（Ｂ）は円偏光照射による磁化および熱流反転、（Ｃ）は局所円偏光照射による熱流の局所制御を示す図である。
【図４】（Ａ）はロックインサーモグラフィ測定システムの全体図、（Ｂ）は印加電流と熱画像出力を説明する図である
【図５】異常エッチングスハウゼン効果の測定に用いられる、ロックインサーモグラフィ法の信号処理の流れを説明する図である。
【図６】全光型磁化反転技術を説明する図である。
【図７】全光型磁化反転技術を説明する図で、（Ａ）は測定対象の一つであるフェリ磁性体ＦｅＴｂ膜の模式図、（Ｂ）は偏光顕微鏡像であり、円偏光の照射による磁化反転と、直線偏光の照射による多磁区生成を示している。
【図８】本発明の一実施形態を示す詳細説明図で、（Ａ）は磁化分布の模式図、（Ｂ）は駆動電流に応答して生成された温度変化の振動振幅像、（Ｃ）は駆動電流に応答して生成された温度変化の位相像、（Ｄ）は符号情報込みの温度変化像、（Ｅ）は温度変化の表面プロファイルを示す図である。
【図９】直線偏光を照射することによって、異常エッチングスハウゼン効果による温度変化のＯＮ／ＯＦＦ制御を実証した結果を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態を示す詳細説明図で、多層膜がフェリ磁性ＦｅＴｂ膜の場合を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態を示す詳細説明図で、多様な磁化分布に対応した異常エッチングスハウゼン効果の観測状態を示す図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態を示す熱流制御装置の要部構成斜視図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態を示す熱流制御装置の要部構成斜視図である。
【図１４】従来のエッチングスハウゼン効果を用いた熱電変換を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本明細書で用いる技術用語の定義を記載する。
（１）全光型磁化反転技術（All optical switching of magnetization）
強磁性体やフェリ磁性体に光を照射することで磁化反転を誘起する現象で、光磁気記録の原理である。照射する光の円偏光のヘリシティ（右回り／左回り円偏光）に依存して磁化の向きを自在に制御可能である。ＡＯＳは全光型反転（All optical switching）の略語である。例えば、Ｆｅ１−ＸＴｂＸフェリ磁性合金薄膜（ferrimagnet alloy thin film）であって、ＡＯＳに最適化された組成・構造のものが用いられる。円偏光を照射した箇所のみ局所的に磁化反転し、直線偏光の場合は多磁区を形成する。なお、反強磁性体についても、ＡＯＳを発生するものが知られており、例えばＴｍＦｅＯ３やＩｒＭｎ／［Ｃｏ／Ｐｔ］Ｎ（Ｎは積層数）がある。
【００１６】
（２）異常エッチングスハウゼン効果（Anomalous Ettingshausen effect）とは、強磁性体もしくはフェリ磁性体（Ferromagnetic or ferrimagnetic metal）において、磁化と電流の外積方向に熱流及び／又は温度勾配が生成される現象をいう。異常ネルンスト効果の相反現象で、磁化による熱流制御が可能になり、熱流ＯＮ／ＯＦＦ、熱流方向の回転などが行える。なお、異常エッチングスハウゼン効果は自発磁化を有する磁性体において生じる現象であるが、例えば磁気補償点を有するフェリ磁性体であれば磁気補償温度で正味の磁化がゼロとなり実質的に反強磁性体になっても、異常エッチングスハウゼン効果により熱流を生成することができる。
（３）エッチングスハウゼン効果または正常エッチングスハウゼン効果は、外部磁場と電流の外積方向に熱流及び／又は温度勾配が生成される現象である。エッチングスハウゼン効果または正常エッチングスハウゼン効果の場合には外部磁場印加手段が必要なので、異常エッチングスハウゼン効果とは異なり、熱流方向を光照射で反転させることはできない。電磁石や永久磁石によって生成された外部磁場方向を光照射で変えることはできないためである。
【実施例】
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態を示す異常エッチングスハウゼン効果を用いた熱流制御装置の要部構成図である。
図において、本発明の熱流制御装置は、磁性体１０、電流印加手段２０、及び光照射手段３０とを備える。
磁性体１０は全光型磁化反転と異常エッチングスハウゼン効果を示すものあればよく、例えば、ＧｄＸＦｅ１−Ｘ−ＹＣｏＹ（０．２０≦Ｘ≦０．２８、０．０３≦Ｙ≦０．１０）、ＴｂＸＣｏ１−Ｘ（０．０８≦Ｘ≦０．３４）、ＴｂＸＦｅ１−Ｘ（０．１９≦Ｘ≦０．３４）、ＴｂＸＦｅ１−Ｘ−ＹＣｏＹ（０．２０≦Ｘ≦０．４０、０．０８≦Ｙ≦０．３０）、ＦｅＰｔ等を用いることができる。磁性体１０の形状は、例えば大略直方体であって、幅方向をｘ軸、長手方向をｙ軸、厚み方向をｚ軸とする。磁性体１０の磁化Ｍの方向は、例えば磁性体１０の厚み方向ｚとする。
【００１８】
電流印加手段２０は、磁性体１０に電流を印加可能に設けられるもので、例えば電池のような直流電源装置が用いられる。磁性体１０における電流Ｊｃの流れる方向は、例えば磁性体１０の長手方向ｙとする。
光照射手段３０は、偏光を制御できるもので、例えばレーザ発振器と偏光板が用いられる。光照射手段３０が照射する円偏光の方向は、例えば磁性体１０の厚み方向ｚの成分を含むものとし、磁性体１０の表面に照射される。
【００１９】
このように構成された装置においては、図１に示すように、光照射手段３０で磁性体１０に円偏光を照射したとき、磁性体１０の円偏光の照射された領域で、異常エッチングスハウゼン効果によって生成された熱流方向を制御できる。
即ち、異常エッチングスハウゼン効果によって、磁性体１０の磁化Ｍと電流Ｊｃの外積方向に、温度勾配∇ＴＡＥＥ又は／及び熱流Ｊｑが生成される。ここでは、磁性体１０の幅方向ｘの端面において、一方側が高温面となり、他方側が低温面となる。なお、強磁性体が磁化していれば、外部磁場は不要である。
【００２０】
図２は、本発明の一実施形態を示す磁性体の説明図で、（Ａ）は要部構成斜視図、（Ｂ）は磁化カーブ、（Ｃ）は偏光顕微鏡像、（Ｄ）は異常ホール効果の測定によりＡＯＳの効率を評価した結果を示す図である。
ここでは、本実施形態の磁性体１０として、図２（Ａ）に示すように、ガラス基板１１の上に、下地層１２としてタンタル（Ｔａ）５．０ｎｍおよびプラチナ（Ｐｔ）４．３ｎｍ、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜１３としてコバルト（Ｃｏ）０．３ｎｍとプラチナ（Ｐｔ）０．７ｎｍを交互に４ペア積層した８層膜、上部酸化防止層１４としてプラチナ（Ｐｔ）３．０ｎｍを積層したものである。この強磁性Ｃｏ／Ｐｔ多層膜１３は、垂直磁気異方性を示すと共に、ＡＯＳを示すことは既知である。
【００２１】
強磁性Ｃｏ／Ｐｔ多層膜の磁化カーブは、図２（Ｂ）に示すように、薄膜面に垂直な方向に磁界を与えた場合には、磁界の強さＨとして±３ｋＯｅ（≒±２４０［ｋＡ／ｍ］）の保磁力、磁化Ｍとして±１．６ｘ１０３［ｅｍｕ・ｃｍ−３］の飽和磁化を有する大略矩形の磁気ヒステリシス曲線となっている。他方、薄膜面内方向に磁界を与えた場合には、磁気ヒステリシスは小さく、磁界の強さＨとして±１ｋＯｅの範囲内では磁化Ｍとして±０．１５ｘ１０３［ｅｍｕ・ｃｍ−３］まで急峻な変化をし、磁界の強さＨとして中央部±１ｋＯｅの範囲外である±１２ｋＯｅまでの領域では、その両端で磁化Ｍとして±０．６ｘ１０３［ｅｍｕ・ｃｍ−３］程度とする緩慢な傾きを有する直線状の変化をする。
【００２２】
図２（Ｃ）に示すように、偏光顕微鏡像によれば、磁化方向Ｍが円偏光のヘリシティに依存して反転する。円偏光σ＋が右向き３１である領域１０ａでは、磁化方向Ｍが上向き１５となる。円偏光σ−が左向き３２である領域１０ｂでは、磁化方向Ｍが下向き１６となる。
図２（Ｄ）に示すように、磁界の強さＨを−１２ｋＯｅ（≒−９６０［ｋＡ／ｍ］）から＋１２ｋＯｅ（≒＋９６０［ｋＡ／ｍ］）まで往復走査したところ、ホール抵抗ＲＨとして±０．３［Ω］の大略矩形の曲線領域を有する磁気ヒステリシス曲線が得られた。図２（Ｄ）に示す異常ホール効果の測定により、ＡＯＳの効率を評価した。無磁場下で円偏光を照射することにより、９０％以上の磁化が反転したことが確認された。
【００２３】
図３は、本発明の一実施形態を示す多層膜に対する異常エッチングスハウゼン効果を実証する実験の説明図で、（Ａ）は初期状態として磁化が＋ｚ方向を向いている場合の異常エッチングスハウゼン効果の模式的説明図、（Ｂ）は円偏光照射による磁化および熱流反転、（Ｃ）は局所円偏光照射による熱流の局所制御を示す図である。
図３（Ａ）に示すように、大略矩形断面の強磁性体ＦＭの長手方向であるｙ軸方向に電流Ｊｃを流し、厚さ方向であるｚ軸方向に磁化Ｍを向けると、異常エッチングスハウゼン効果により、幅方向であるｘ軸方向に熱流Ｊｑが生成され、強磁性体ＦＭの一方の側面は高温面となり、他方の側面は低温面となる。
【００２４】
図３（Ｂ）に示すように、大略矩形断面の強磁性体ＦＭに一様に円偏光照射を行うと、＋ｚ軸方向を向いていた磁化Ｍが−ｚ方向に反転して、熱流反転が生じ、強磁性体ＦＭの高温側側面と低温側側面とが反転する。
円偏光照射の半径を強磁性体ＦＭの幅の以下にすると、強磁性体ＦＭの円偏光が照射された部分の磁化Ｍのみが局所的に反転する。図３（Ｃ）に示すように、例として電流印加方向に沿って強磁性体ＦＭの半分のみ磁化反転させた場合には、磁化Ｍの方向が正の領域と反転した領域の境界面に、強磁性体ＦＭの低温面（又は高温面）が現れ、強磁性体ＦＭの両側面に高温面（又は低温面）が現れる。
【００２５】
図４（Ａ）はロックインサーモグラフィ測定システムの全体図、（Ｂ）は印加電流と熱画像出力である。
ロックインサーモグラフィ測定システムは、測定対象となる試料５０、赤外線カメラ４０、ソースメータ６０、演算制御システム７０で構成されている。ここで、サーモグラフィは、物質表面から放射される赤外線の空間分布を検出する測定方式である。赤外線の放射エネルギーは物質の温度に依存するため、適切な校正を行うことで、物質の温度分布を画像情報として取得できる。
【００２６】
試料５０は、例えば図３に示された異常エッチングスハウゼン効果を示す磁性体である。
赤外線カメラ４０は、物体から放射される赤外線を可視化するためのカメラである。赤外線は、絶対温度の４乗に比例して放射量が増えるため、対象の温度変化を赤外線量の変化として可視化することができる。このような温度分布測定法がサーモグラフィである。赤外線カメラには、主に３〜５μｍ程度の波長域の赤外線を検出する半導体センサーを用いた冷却型と、７〜１４μｍ程度の波長域の赤外線を検出するマイクロボロメーターを用いた非冷却型のいずれかが用いられる。
【００２７】
ソースメータ６０は、精密な電圧および電流の印加と測定の両方の機能を提供するもので、動作としては、電圧源、電流源、電圧計、電流計そして抵抗計として働く。ソースメータ６０は、個別測定器を集める場合に比べて多くの利点を有する。たとえば、ＧＰＩＢ転送の時間を削減して試験時間を短縮でき、リモートプログラミングを単純化できる。また、思わぬ過負荷、加熱などによる損傷から被試験デバイスを保護する。電流および電圧印加の両方がプログラマブルでリードバック機能があるので、デバイスの測定品位を大きく高める利点がある。
演算制御システム７０は、フーリエ解析によって電流と同じ周波数で時間変化する温度変化だけを選択的に抽出して可視化する。
【００２８】
このように構成されたロックインサーモグラフィ測定システムでは、図４（Ｂ）に示すように、ソースメータ６０を用いて、試料５０に周期的に変化する電流を印加しながら、赤外線カメラ４０を用いて表面の温度分布を測定する。
そして、演算制御システム７０によって観測された温度分布データをフーリエ解析することによって、ソースメータ６０で印加した電流と同じ周波数で時間変化する温度変化だけを選択的に抽出して可視化する。これにより高感度な熱電効果の測定を実現できると共に、電流の周波数を上げることによって熱拡散による影響を抑制し、発熱源・吸熱源の位置を特定することができる。
【００２９】
図４（Ａ）、（Ｂ）に示す異常エッチングスハウゼン効果の測定態様により、測定対象物のロックイン熱画像の振幅成分７２と位相成分７４を得ている。振幅成分７２は入力電流に応答して生じる温度変化の大きさの空間分布、位相成分７４は温度変化の符号と熱拡散による時間遅れの空間分布を表す。
このロックインサーモグラフィ測定システムを用いて、試料５０に電流を流した際に生じる温度変化を詳細に測定し、その磁場依存性と空間分布を調べることで、様々な熱応答現象を分離して評価することができる。
【００３０】
図５は異常エッチングスハウゼン効果の測定態様を示すロックインサーモグラフィ法の説明図で、（Ａ）は赤外線画像、（Ｂ）は印加信号波形、（Ｃ）はフーリエ解析、（Ｄ）はロックイン熱画像の振幅成分、（Ｅ）はロックイン熱画像の位相成分である。
図５（Ａ）に示すような赤外線画像は、例えば図４（Ａ）に示す赤外線カメラを用いた撮像システムと、図５（Ｂ）に示す矩形波の駆動電流Ｊｃを用いて得られる。赤外線画像は、試料５０の赤外線画像で、ソースメータの機能のうち直流電源装置６２から供給される電流Ｊｃに応じて変化する。駆動電流波形は、例えば周波数２５Ｈｚ、駆動電流振幅が±７ｍＡの矩形波電流信号で、例えば図５（Ａ）に示すように、異常エッチングスハウゼン効果の実証実験に使用される試料５０に印加される。
赤外線カメラで得られる赤外線画像は、Ｘ座標とＹ座標で示される試料５０の平面画像であり、例えば１秒当たり３０フレーム画像のような、画像情報に変換される。そして、赤外線画像情報は、図５（Ｃ）に示すようなフーリエ解析の対象となり、ロックイン熱画像の振幅成分と位相成分に分解される。図５（Ｄ）はロックイン熱画像の振幅成分画像７３、（Ｅ）はロックイン熱画像の位相成分７５である。
【００３１】
このような赤外線画像解析によると、スピンの効果が顕在化するナノデバイスにおける高感度熱イメージング計測が行え、例えば温度分解能として０．１ ｍＫが得られる。これにより、電流／スピン流／磁場変化に応答する温度変化の温度・磁場・周波数依存性等の系統的評価が行える。
【００３２】
図６は全光型磁化反転技術を説明する図で、図２（Ｃ）に示す偏光顕微鏡像を斜視図で示したものである。
全光型磁化反転は、強磁性体やフェリ磁性体に光を照射することで磁化反転を誘起する現象で、光磁気記録の原理である。照射する光の円偏光のヘリシティ（右回り／左回り円偏光）３１、３２に依存して磁化の向き１５、１６を自在に制御可能である。磁性体１０としては強磁性体やフェリ磁性体が用いられ、多層膜でもよく、また単層のバルク体でもよい。
例えば、Ｆｅ１−ＸＴｂＸフェリ磁性合金薄膜（ferrimagnet alloy thin film）であって、ＡＯＳに最適化された組成・構造のものが用いられる。
レーザ発振器には、例えば、リトアニア共和国のライトコンバージョン社製の型式名ＰＨＡＲＯＳ  ６Ｗ／２００ｋＨｚを用いることができる。カー効果顕微鏡は磁区観測装置として用いるもので、例えばネオアーク社製の型式名ＢＨ−７５３−ＡＴＮを用いることが出来る。
フェムト秒レーザの波長は１０２８ｎｍで、緑色の５１４ｎｍに変換される。パルス幅は約２００ｆｓである。［Ｃｏ／Ｐｔ］ｎ層のサンプルの磁化状態を励起するために３０ｋＨｚの繰り返し率を用いた（ＦｅＴｂ合金サンプルについては２００ｋＨｚ）。励起パルスは、試料上の直径１２〜３０μｍのスポットに集束された。典型的なレーザ出力は２．５ｍＷであり、計算された典型的なレーザの照射強度は、［Ｃｏ／Ｐｔ］ｎ層の場合が０．２６５〜０．７３６［ｍＪ／ｃｍ２］であり、ＦｅＴｂ合金フィルムの場合が０．０１８〜０．１１１［ｍＪ／ｃｍ２］であった。
【００３３】
図７は全光型磁化反転技術を説明する図で、（Ａ）は測定対象となる薄膜の構造、（Ｂ）は円偏光の照射による磁化反転と、直線偏光の照射による多磁区生成を示している。
測定対象の薄膜８０として、図７（Ａ）に示すように、ガラス基板８１の上に、下地層８２としてプラチナ（Ｐｔ）５ｎｍ、Ｆｅ１−ＸＴｂＸ膜８３として１６ｎｍの積層膜、上部酸化防止層８４としてプラチナ（Ｐｔ）３．０ｎｍを積層したものである。
図７（Ｂ）に示すように、測定対象の薄膜表面９０のうち、右回り円偏光９１を照射した箇所９０ａが局所的に磁化反転する。左回り円偏光９２を照射した箇所９０ｂには変化が見られないが、これは光照射前に左回り円偏光９２照射によって磁化する方向に予め外部磁場によって一様に磁化を揃えておいたためである。もし光照射前の初期磁化方向が逆向きであれば、右回り円偏光９１を照射した箇所９０ａには変化が起こらず、左回り円偏光９２を照射した箇所９０ｂのみ局所的に磁化反転する。直線偏光９３を照射した場合には多磁区９０ｃを形成する。
【００３４】
図８は、本発明の一実施形態を示す詳細説明図で、（Ａ）は磁化分布の模式図、（Ｂ）は駆動電流に応答して生成された温度変化の振動振幅像、（Ｃ）は駆動電流に応答して生成された温度変化の位相像、（Ｄ）は符号情報込みの温度変化像、（Ｅ）は温度変化の表面プロファイルを示す図である。
【００３５】
測定対象となる強磁性Ｃｏ／Ｐｔ多層膜はＦｅ１−ＸＴｂＸフェリ磁性合金薄膜と同様にＡＯＳを示すことが知られており、ｘ軸方向が０．３ｍｍの幅を有している。磁化分布は、図８（Ａ）に示すように７類型存在している。態様Ａは、磁化Ｍが一様に紙厚方向上向き（＋ｚ軸方向）となっている。態様Ｂは、磁化Ｍが一様に紙厚方向下向き（−ｚ軸方向）となっている。態様Ｃは、ｙ軸方向左側の領域の磁化Ｍが紙厚方向上向きで、ｙ軸方向右側の領域の磁化Ｍが紙厚方向下向きとなっている。態様Ｄは、ｙ軸方向左側の領域の磁化Ｍが紙厚方向下向きで、ｙ軸方向右側の領域の磁化Ｍが紙厚方向上向きとなっている。態様Ｅは、ｙ軸方向に三領域に分割されており、左右の端領域の磁化Ｍが紙厚方向上向きで、ｙ軸方向の中間領域の磁化Ｍが紙厚方向下向きとなっている。態様Ｆは、ｙ軸方向に三領域に分割されており、左右の端領域の磁化Ｍが紙厚方向下向きで、ｙ軸方向の中間領域の磁化Ｍが紙厚方向上向きとなっている。態様Ｇは、ｙ軸方向に磁化Ｍが紙厚方向上向きの領域と、紙厚方向下向きの領域が交互に配置されている。
【００３６】
駆動電流に応答して生成された温度変化の振動振幅は、図８（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｅ）に示すように、態様Ａ、Ｂで±１ｍＫ程度、態様Ｃ−Ｆで最大±２．５ｍＫ程度で、特に磁化Ｍが順方向と反転方向との境界領域で大きな値を示している。態様Ｇでは態様Ａ、Ｂと同様に±１ｍＫ程度になっている。
駆動電流に応答して生成された温度変化の位相は、駆動電流と温度変化の振動が同位相だと発熱、逆位相だと吸熱を示している。図８（Ｃ）に示すように、態様Ａではｙ軸方向の左端側が同位相、右端側が逆位相を示している。態様Ｂではｙ軸方向の左端側が逆位相、右端側が同位相を示している。態様Ｃではｙ軸方向の左端側が同位相、磁化Ｍが順方向と反転方向との境界領域となるｙ軸方向の左端側中間領域が逆位相、ｙ軸方向の右端側が同位相を示している。態様Ｄではｙ軸方向の左端側が逆位相、磁化Ｍが順方向と反転方向との境界領域となるｙ軸方向の中間領域が同位相、ｙ軸方向の右端側が逆位相を示している。
【００３７】
態様Ｅではｙ軸方向の左端側、左中間側、右中間側、右端側の順に、同位相、逆位相、同位相、逆位相を示している。ここで、ｙ軸方向の左中間側と右中間側は、それぞれ磁化Ｍが順方向と反転方向との境界領域となっている。態様Ｆでは、ｙ軸方向の左端側、左中間側、右中間側、右端側の順に、逆位相、同位相、逆位相、同位相を示している。態様Ｇでは、ｙ軸方向に磁化Ｍが紙厚方向上向きの領域と、紙厚方向下向きの領域に対応して、ｙ軸方向の左端側と右端側で、同位相と逆位相が交互に現れている。
【００３８】
図９は、異常エッチングスハウゼン効果による温度変化のＯＮ／ＯＦＦ制御を示す図で、（Ａ）はＣｏ０．３ｎｍとＰｔ０．７ｎｍを交互に３ペア積層した強磁性Ｃｏ／Ｐｔ多層膜、（Ｂ）はＣｏ０．３ｎｍとＰｔ０．７ｎｍを交互に５ペア積層した強磁性Ｃｏ／Ｐｔ多層膜の場合を示してあり、左側は＋ｚ方向に一様に磁化させた場合（態様Ａと同様）、右側は直線偏光を照射した場合の結果を示している。測定対象となる強磁性Ｃｏ／Ｐｔ多層膜は、ｘ軸方向が０．３ｍｍの幅を有している。
強磁性Ｃｏ／Ｐｔ多層膜が一様に磁化している場合、駆動電流に応答して生成された温度変化の振動振幅は、図９（Ａ）で±１ｍＫ程度、図９（Ｂ）で±１．５ｍＫ程度となっている。
直線偏光を照射すると多磁区が形成されて正味の磁化がゼロになるため、異常エッチングスハウゼン効果による温度変化が消失する。磁気ドメインサイズが温度イメージングの空間分解能より小さいためである。温度変化が消失した状態において円偏光を照射すると、ＡＯＳによって再び一様に磁化させることができるため、熱流のＯＮ／ＯＦＦ制御を実現できる。
【００３９】
図１０は、本発明の第２の実施形態を示す詳細説明図で、薄膜がフェリ磁性ＦｅＴｂ膜の場合を示す図で、（Ａ）は全体の斜視図、（Ｂ）は偏光顕微鏡像、（Ｃ）は磁化カーブ、（Ｄ）は符号情報込みの温度変化像を示す図である。
図１０（Ａ）に示すように、ガラス基板の上に、下地層としてプラチナ（Ｐｔ）５ｎｍ、Ｆｅ７２Ｔｂ２８膜として１６ｎｍ、上部酸化防止層としてプラチナ（Ｐｔ）３．０ｎｍを積層したものである。
【００４０】
図１０（Ｂ）に示すように、円偏光を照射した箇所のみ局所的に磁化反転し、直線偏光の場合は多磁区を形成する。図１０（Ｃ）に示すように、薄膜面の垂直方向に磁界Ｈを−１２ｋＯｅ（≒−９６０［ｋＡ／ｍ］）から＋１２ｋＯｅ（≒＋９６０［ｋＡ／ｍ］）まで往復走査したところ、ホール抵抗ＲＨとして±０．６［Ω］の大略矩形の曲線領域を有する磁気ヒステリシス曲線が得られた。図１０（Ｃ）に示す異常ホール効果の測定により、ＡＯＳの効率を評価した。多層膜がフェリ磁性ＦｅＴｂ膜の場合、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜としてコバルト（Ｃｏ）０．３ｎｍとプラチナ（Ｐｔ）０．７ｎｍを交互に４ペア積層した８層膜を用いる場合に比較して、同等のＡＯＳの効率が得られる。ここで、ＡＯＳの効率とは、磁化反転割合をいう。
【００４１】
図１０（Ｄ）に示す符号情報込みの温度変化像を示す図は、図８（Ｃ）に示すような磁化分布の７類型である態様Ａ〜Ｇに対応している。フェリ磁性ＦｅＴｂ膜の場合も、強磁性Ｃｏ／Ｐｔ多層膜と同様の機能が得られているが、生じる温度変化は強磁性Ｃｏ／Ｐｔ多層膜の方が５倍程度大きい。これは、フェリ磁性ＦｅＴｂ膜と強磁性Ｃｏ／Ｐｔ多層膜の異常エッチングスハウゼン係数の違いに由来する。
【００４２】
図１１は、本発明の第３の実施形態を示す詳細説明図で、（Ａ）はＣｏ０．３ｎｍとＰｔ０．７ｎｍを交互に３ペア積層した強磁性Ｃｏ／Ｐｔ多層膜の磁化分布の模式図、（Ｂ）はＣｏ０．３ｎｍとＰｔ０．７ｎｍを交互に５ペア積層した強磁性Ｃｏ／Ｐｔ多層膜の磁化分布の模式図、（Ｃ）は（Ａ）の符号情報込みの温度変化像、（Ｄ）は（Ｂ）の符号情報込みの温度変化像を示している。
図１１には、多様な磁化分布に対応した異常エッチングスハウゼン効果の観測状態が示されている。
【００４３】
続いて、本発明に用いられる強磁性材料の一例を説明する。強磁性材料であってＡＯＳを示さない材料としては、ＴｍＦｅＯ３、ＤｙＦｅＯ３、ＨｏＦｅＯ３、ＮｂＴｂ（ＷＯ４）２がある。他方、強磁性材料であってＡＯＳを示す材料としては、ＧｄＸＦｅ１−Ｘ−ＹＣｏＹ（０．２０≦Ｘ≦０．２８、０．０３≦Ｙ≦０．１０）、ＴｂＸＣｏ１−Ｘ（０．０８≦Ｘ≦０．３４）、ＴｂＸＦｅ１−Ｘ（０．１９≦Ｘ≦０．３４）、ＴｂＸＦｅ１−Ｘ−ＹＣｏＹ（０．２０≦Ｘ≦０．４０、０．０８≦Ｙ≦０．３０）、ＦｅＰｔ等がある。
【００４４】
図１２は、本発明の第４の実施形態を示す熱流制御装置の要部構成斜視図である。
ここでは、本実施形態の強磁性多層膜１００として、図１２に示すように、ガラス基板１０１の上に、下地層１０２としてタンタル（Ｔａ）５．０ｎｍ、第２の磁性体１０５としてＣｏＦｅＢ又はＮｉＦｅ５ｎｍ、第１の磁性体１０３としてコバルト（Ｃｏ）０．３ｎｍとプラチナ（Ｐｔ）０．７ｎｍを交互に４ペア積層した８層膜、上部酸化防止層１０４としてプラチナ（Ｐｔ）３．０ｎｍを積層したものである。ここで、第１の磁性体１０３は、全光型磁化反転を示す。第２の磁性体１０５は、第１の磁性体１０３と磁気的に結合すると共に、全光型磁化反転を示さない。
【００４５】
電流印加手段（図示せず）は、第１の磁性体１０３・第２の磁性体１０５の双方に電流を印加可能に設けられる。光照射手段（図示せず）は、偏光を制御できる。ここで、電流印加手段と光照射手段は、図１に示す電流印加手段２０、光照射手段３０と同様の作用をする。
このように構成された装置においては、光照射手段で第１の磁性体１０３に円偏光を照射したとき、第１の磁性体１０３の円偏光の照射された領域で、第１の磁性体１０３の有する異常エッチングスハウゼン効果によって生成された熱流の方向を制御できる。また、第２の磁性体１０５は、第１の磁性体１０３と磁気的に接合しているため、第１の磁性体１０３の磁化が反転した場合には、その直下の第２の磁性体１０５の磁化も反転する。よって、第２の磁性体１０５の有する異常エッチングスハウゼン効果によって生成された熱流は、第１の磁性体１０３の円偏光の照射された領域で制御可能であり、第２の磁性体１０５の有する異常エッチングスハウゼン効果は第１の磁性体１０３によって生成された熱流の出力を増強するように作用する。
【００４６】
図１３は、本発明の第５の実施形態を示す熱流制御装置の要部構成斜視図である。
ここでは、本実施形態の強磁性多層膜１２０として、図１３に示すように、ガラス基板１２１の上に、下地層１２２としてタンタル（Ｔａ）５．０ｎｍ、第３の磁性体１２６として異常エッチングスハウゼン効果を示す磁性材料、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜１２３としてコバルト（Ｃｏ）０．３ｎｍとプラチナ（Ｐｔ）０．７ｎｍを交互に４ペア積層した８層膜、上部酸化防止層１２４としてプラチナ（Ｐｔ）３．０ｎｍを積層したものである。ここで、第１の磁性体１２３は、全光型磁化反転を示す。第３の磁性体１２６は、大きな異常エッチングスハウゼン係数を示すことが望ましく、第１の磁性体１２３と磁気的に結合すると共に、全光型磁化反転を示さない。
【００４７】
電流印加手段（図示せず）は、第３の磁性体１２６に電流を印加可能に設けられる。光照射手段（図示せず）は、偏光を制御できる。ここで、電流印加手段と光照射手段は、図１に示す電流印加手段２０、光照射手段３０と同様の作用をする。
このように構成された装置においては、光照射手段で第１の磁性体１２３に円偏光を照射したとき、第１の磁性体１２３の磁化が反転した場合には、その直下の第３の磁性体１２６の磁化も反転するため、第１の磁性体１２３の円偏光の照射された領域で、第３の磁性体１２６の有する異常エッチングスハウゼン効果によって生成された熱流の方向を制御できる。
【００４８】
なお、本発明の実施例として、第１〜第５の実施形態を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の実施態様が、当業者に自明な範囲で考えられるため、このような自明な範囲も本発明の権利範囲に含まれる。
また、本発明の熱流制御装置を用いた電子機器としては、情報携帯端末、情報処理用コンピュータ、集積回路を搭載した音響電子機器や映像電子機器、セットトップボックス等、各種の電子機器が対象となる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上詳細に説明したように、本発明の熱流制御装置によれば、光照射で磁化分布を変えることによって、熱電変換特性の再構成や局所的に磁化分布を変えることで任意箇所の電子冷却／加熱が行え、従来素子では実現できなかった電子デバイスの熱流制御が可能となる。
また、本発明の熱流制御装置を用いた電子機器によれば、ムーアの法則の下、微細化が継続的に進行している電子デバイスを高い精度で熱管理することが可能になる。
【符号の説明】
【００５０】
１０  磁性体
１１、１０１、１２１  ガラス基板
１２、１０２、１２２  下地層
１３  Ｃｏ／Ｐｔ多層膜（ＡＯＳあり）
１４、１０４、１２４  上部酸化防止層
１０３、１２３  第１の磁性体（全光型磁化反転層）
１０５  第２の磁性体（ＡＯＳなし）
１２６  第３の磁性体（ＡＯＳなし）
２０  電流印加手段
３０  光照射手段
４０  赤外線カメラ
５０  試料
６０  ソースメータ
７０  演算制御システム
１００、１２０  強磁性多層膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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