(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体層と、
前記磁性体層上に形成され、逆スピンホール効果によって面内方向の起電力を発生するように構成された導電膜と、
前記起電力によるポテンシャルが異なる２箇所で前記導電膜にそれぞれ接触するように形成された２個の端子部と
を備え、
前記２個の端子部の各々は、連続的あるいは離散的な接触面において前記導電膜と接触し、
前記連続的あるいは離散的な接触面を包含する最小矩形の長手方向を考えたとき、前記各々の端子部に関する前記長手方向は、前記起電力の方向と交差している
熱電変換素子。
【請求項２】
請求項１に記載の熱電変換素子であって、
前記２個の端子部のうち少なくとも一方は、前記導電膜に接触するように形成された端子膜である
熱電変換素子。
【請求項３】
請求項２に記載の熱電変換素子であって、
前記端子膜のシート抵抗は、前記導電膜のシート抵抗よりも低い
熱電変換素子。
【請求項４】
請求項１に記載の熱電変換素子であって、
前記２個の端子部のうち少なくとも一方は、前記離散的な接触面において前記導電膜と接触する
熱電変換素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の熱電変換素子であって、
前記２個の端子部は、それぞれ異なる外部接続配線に連結されている
熱電変換素子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の熱電変換素子であって、
前記磁性体層は、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し、
前記導電膜は、逆スピンホール効果によって前記スピン流から前記起電力を発生する
熱電変換素子。
【請求項７】
磁性体層と、
前記磁性体層上に形成され、逆スピンホール効果によって面内方向の起電力を発生するように構成された導電膜と
を備え、
前記導電膜は、前記起電力によるポテンシャルが異なる２箇所に２つの端子部を有しており、
前記２つの端子部のシート抵抗は、前記２つの端子部以外のシート抵抗よりも低い
熱電変換素子。
【請求項８】
磁性体層と、
前記磁性体層上に形成され、逆スピンホール効果によって面内方向の起電力を発生するように構成された導電膜と、
前記起電力によるポテンシャルが異なる２箇所で前記導電膜にそれぞれ接触するように形成された２個の端子部と
を備え、
前記起電力の方向と直交する面内方向の幅は、前記２個の端子部と前記導電膜とで等しい
熱電変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピンゼーベック効果及び逆スピンホール効果を利用した熱電変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。【０００４】
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。【０００５】
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。【０００６】
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。【０００７】
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。【０００８】
他の関連技術として、特許文献２は、磁性誘電体層と金属電極との界面でスピン波スピン流−純スピン流の変換を行うスピントロニクスデバイスを開示している。特許文献３は、金属層から強磁性体層へ純スピン流を注入してマイクロ波発振を励起するマイクロ波発振素子を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−１３００７０号公報
【特許文献２】特開２００９−２９５８２４号公報
【特許文献３】特開２０１０−２４５４１９号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Uchida et al., “SpinSeebeck insulator”, Nature Materials, 2010, vol. 9,p.894.
【非特許文献２】Uchida et al., “Observationof longitudinal spin-Seebeck effect in magnetic insulators”, Applied Physics Letters, 2010, vol.97, p172505.
【発明の概要】
【００１１】
図１で示されたような熱電変換素子において、逆スピンホール効果を発現する金属電極の面積を大きくすることによって、発電量を増加させることができる。その一方で、大面積化により、金属電極における抵抗ロス（オーミック損失）が増加してしまう。
【００１２】
本発明の１つの目的は、熱電変換素子において逆スピンホール効果を発現する導電膜における抵抗ロスを低減することができる技術を提供することにある。
【００１３】
本発明の１つの観点において、熱電変換素子が提供される。その熱電変換素子は、磁性体層と、磁性体層上に形成され、逆スピンホール効果によって面内方向の起電力を発生するように構成された導電膜と、その起電力によるポテンシャルが異なる２箇所で導電膜にそれぞれ接触するように形成された２個の端子部と、を備える。２個の端子部の各々は、連続的あるいは離散的な接触面において導電膜と接触する。その連続的あるいは離散的な接触面を包含する最小矩形の長手方向を考えたとき、各々の端子部に関する長手方向は、起電力の方向と交差している。
【００１４】
本発明の他の観点において、熱電変換素子が提供される。その熱電変換素子は、磁性体層と、磁性体層上に形成され、逆スピンホール効果によって面内方向の起電力を発生するように構成された導電膜と、を備える。導電膜は、起電力によるポテンシャルが異なる２箇所に２つの端子部を有している。それら２つの端子部のシート抵抗は、当該２つの端部以外のシート抵抗よりも低い。
【００１５】
本発明の更に他の観点において、熱電変換素子が提供される。その熱電変換素子は、磁性体層と、磁性体層上に形成され、逆スピンホール効果によって面内方向の起電力を発生するように構成された導電膜と、その起電力によるポテンシャルが異なる２箇所で導電膜にそれぞれ接触するように形成された２個の端子部と、を備える。起電力の方向と直交する面内方向の幅は、２個の端子部と導電膜とで等しい。
【００１６】
本発明によれば、熱電変換素子において逆スピンホール効果を発現する導電膜における抵抗ロスを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
上記及び他の目的、長所、特徴は、次の図面と共に説明される本発明の実施の形態により明らかになるであろう。【００１８】
【図１】図１は、特許文献１に記載されている熱電変換素子を概略的に示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る熱電変換素子の構成を概略的に示す斜視図である。
【図３Ａ】図３Ａは、比較例の場合の導電膜における電流分布を概略的に示している。
【図３Ｂ】図３Ｂは、比較例の場合の導電膜の等価回路を概略的に示している。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の実施の形態の場合の導電膜における電流分布を概略的に示している。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の実施の形態の場合の導電膜及び端子部の等価回路を概略的に示している。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に係る端子部の構成例を示す平面図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態に係る端子部の他の構成例を示す平面図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態に係る端子部の更に他の構成例を示す平面図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態に係る端子部の更に他の構成例を示す平面図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態に係る端子部の更に他の構成例を示す平面図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態に係る端子部の更に他の構成例を示す平面図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態に係る端子部の更に他の構成例を示す平面図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態に係る端子部の更に他の構成例を示す平面図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態に係る端子部の更に他の構成例を示す平面図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態に係る端子部の更に他の構成例を示す平面図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態に係る端子部の更に他の構成例を示す平面図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施の形態に係る端子部の更に他の構成例を示す平面図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態に係る端子部の更に他の構成例を示す側面図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施の形態に係る端子部の更に他の構成例を示す斜視図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態に係る端子部の更に他の構成例を示す斜視図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施の形態に係る熱電変換素子の他の構成を概略的に示す斜視図である。
【図２１】図２１は、本発明の実施の形態に係る熱電変換素子を示す斜視図である。
【図２２】図２２は、本発明の実施の形態に係る熱電変換素子の等価回路を示す回路図である。
【図２３】図２３は、本発明の実施の形態に係る熱電変換素子の他の例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係る熱電変換素子を説明する。
【００２０】
１．熱電変換素子
図２は、本実施の形態に係る熱電変換素子１の構成を概略的に示す斜視図である。熱電変換素子１は、基板１０、磁性体層２０、導電膜３０、一対の端子部４０（４０−１，４０−２）、及び一対の外部接続配線５０（５０−１，５０−２）を備えている。磁性体層２０は基板１０上に形成されており、導電膜３０は磁性体層２０上に形成されている。つまり、基板１０、磁性体層２０及び導電膜３０は、この順番で積層されている。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。
【００２１】
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。
【００２２】
磁性体層２０の材料は、強磁性金属であってもよいし、磁性絶縁体であってもよい。強磁性金属としては、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢなどが挙げられる。磁性絶縁体としては、イットリウム鉄ガーネット（ＹＩＧ，Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２）、ビスマス（Ｂｉ）をドープしたＹＩＧ（Ｂｉ：ＹＩＧ）、ランタン（Ｌａ）を添加したＹＩＧ（ＬａＹ２Ｆｅ５Ｏ１２）、イットリウムガリウム鉄ガーネット（Ｙ３Ｆｅ５−ｘＧａｘＯ１２）などが挙げられる。尚、電子による熱伝導を抑えるという観点から言えば、磁性絶縁体を用いることが望ましい。
【００２３】
導電膜３０は、逆スピンホール効果を発現するスピン流−電流変換部である。つまり、導電膜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。ここで、発生する起電力の方向は、磁性体層２０の磁化Ｍの方向と温度勾配∇Ｔの方向との外積で与えられる（Ｅ//Ｍ×∇Ｔ）。本実施の形態では、効率的な電力生成のため、起電力の方向が導電膜３０の面内方向となるように素子が構成されている。例えば、図２に示されるように、磁性体層２０の磁化Ｍの方向は＋ｙ方向であり、温度勾配∇Ｔの方向は＋ｚ方向であり、起電力の方向は＋ｘ方向である。
【００２４】
導電膜３０は、典型的には、金属膜である。その金属膜３０の材料は、「スピン軌道相互作用」の大きな金属材料を含有する。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。尚、導電膜３０は、ＩＴＯなどの酸化物であってもよい。
【００２５】
尚、効率の観点から言えば、導電膜３０の膜厚を、材料に依存する「スピン拡散長（スピン緩和長）」程度に設定することが望ましい。例えば、導電膜３０がＰｔ膜である場合、その膜厚を１０〜３０ｎｍ程度に設定することが好ましい。
【００２６】
端子部４０は、導電膜３０で発生した電流（電力）を取り出すために形成されている。この端子部４０は、導電膜３０に接触するように形成されている。より詳細には、導電膜３０で発生する上記起電力によるポテンシャルを考えたとき、そのポテンシャルが異なる２箇所で導電膜３０にそれぞれ接触するように２個の端子部４０−１、４０−２が形成されている。図２の例では、２個の端子部４０−１、４０−２が、導電膜３０上でｘ方向（起電力方向）に離間して形成されている。尚、端子部４０の材料は、導電膜３０の材料と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００２７】
更に、それら２個の端子部４０−１、４０−２が、それぞれ異なる外部接続配線５０−１、５０−２に連結されている。起電力が発生しているとき、端子部４０−１、４０−２の電位は互いに異なっており、外部接続配線５０−１、５０−２の電位も互いに異なっている。これら端子部４０−１、４０−２、外部接続配線５０−１、５０−２を用いることにより、導電膜３０で発生した電流（電力）を取り出すことができる。
【００２８】
ここで、熱電発電の際の導電膜３０における電流分布を考える。
【００２９】
まず、比較例として、既出の図１で示されたような点端子方式の場合を考える。つまり、比較例では、各外部接続端子が１点で導電膜３０と接続している。これは、図２で示された構成から端子部４０が省かれた状態に相当する。図３Ａは、比較例の場合の導電膜３０における電流分布を概略的に示している。図３Ｂは、比較例の場合の導電膜３０の等価回路を概略的に示している。導電膜３０は、電流源と内部抵抗が相互接続された回路と実効的にみなすことができる。外部接続配線５０−１、５０−２は外部負荷６０の両端にそれぞれ接続されている。
【００３０】
図３Ａ及び図３Ｂに示されるように、比較例の場合、２端子間に流れる電流の経路が長く、導電膜３０における抵抗ロス（オーミック損失）が大きい。特に、発電量を増加させるためには導電膜３０の面積を大きくすることが有効であるが、その大面積化により、導電膜３０における抵抗ロスはますます増加してしまう。
【００３１】
そこで、本実施の形態によれば、２個の端子部４０−１、４０−２が、導電膜３０における抵抗ロス（オーミック損失）を低減するように設けられる。具体的には、２個の端子部４０−１、４０−２間の電流経路が短くなるように、端子部４０−１、４０−２が形成される。例えば、図２に示されるように、端子部４０−１、４０−２の各々は、ｘ方向（起電力方向）と直交するｙ方向に延在するように形成される。つまり、端子部４０−１、４０−２の各々は、１点ではなく、ｙ方向に延在する接触面で導電膜３０と接触する。
【００３２】
図４Ａは、図２で示された例の場合の導電膜３０における電流分布を概略的に示している。図４Ｂは、図２で示された例の場合の導電膜３０及び端子部４０の等価回路を概略的に示している。ｙ方向に延在する端子部４０は、ｙ方向の電位勾配を小さくする（等電位化する）役割を果たす。これにより、端子部４０−１、４０−２間に生じる電気力線、すなわち、端子部４０−１、４０−２間を流れる電流の方向は、ｘ方向に略平行となり、その経路は最小化される。つまり、比較例の場合と比較して、２端子間に流れる電流の経路が短くなる。従って、導電膜３０における抵抗ロス（オーミック損失）が大幅に低減される。結果として、比較例の場合よりも大きな発電量を得ることが可能となる。
【００３３】
尚、図２で示された例では、端子部４０は、導電膜３０に接触するように形成された膜（以下、端子膜と参照される）である。この端子膜４０のシート抵抗は、導電膜３０のシート抵抗よりも低い。つまり、端子部４０は、シート抵抗の低い領域を形成していると言える（図４Ｂの等価回路を参照）。シート抵抗を大きく低減するためには、端子膜４０の膜厚は、導電膜３０の膜厚よりも大きいことが好ましい。
【００３４】
端子膜４０と導電膜３０の材料が同じ場合、端子膜４０を導電膜３０の一部として一体的に形成することも可能である。そのような一体構造の場合、導電膜３０は、膜厚が大きい部分を２箇所に有することになる。その膜厚が大きい部分のシート抵抗は、それ以外の部分のシート抵抗よりも低い。そして、それら２箇所の膜厚が大きい部分が、外部接続配線５０−１、５０−２のそれぞれに接続される「端子部」として機能する。
【００３５】
２．端子部４０
端子部４０の構成は、図２で示されたものに限られない。同じ作用・効果が得られる構成は、他にも様々考えられる。以下、端子部４０の様々な例を説明する。尚、導電膜３０において発生する起電力の方向は、ｘ方向であるとする。
【００３６】
２−１．第１の構成例
図５及び図６は、第１の構成例における端子部４０を示す平面図である。第１の構成例では、各端子部４０は、長方形の平面形状を有する膜（端子膜）である。つまり、各端子部４０は、長方形状の連続的な接触面において導電膜３０と接触する。
【００３７】
ここで、端子部４０−１の長手方向はｓ方向であり、端子部４０−２の長手方向はｔ方向であるとする。本実施の形態によれば、それらｓ方向及びｔ方向のそれぞれは、ｘ方向（起電力方向）と交差している。これにより、上述の効果が得られる。図５に示される例では、ｓ方向及びｔ方向は、共にｘ方向と直交しており、互いに平行である。図６に示されるように、ｓ方向及びｔ方向は、ｘ方向と直交していなくてもよいし、互いに平行でなくてもよい。図６の場合であっても、相当の効果が得られる。
【００３８】
２−２．第２の構成例
図７及び図８は、第２の構成例における端子部４０を示す平面図である。端子部４０の平面形状は、長方形に限られず、図７や図８に示されるように曲がっていてもよい。この場合の長手方向（ｓ，ｔ）としては、各端子部４０と導電膜３０との間の連続的な接触面を包含する最小矩形ＲＥＣの長手方向を考える。その最小矩形ＲＥＣの長手方向（ｓ，ｔ）が、ｘ方向（起電力方向）と交差する。これにより、同様の効果が得られる。
【００３９】
２−３．第３の構成例
図９及び図１０は、第３の構成例における端子部４０を示す平面図である。図９及び図１０に示されるように、各端子部４０を形成する端子膜は、複数の部分に分割されていてもよい。端子部４０−１の全ての部分は同じ外部接続配線５０−１に連結され、端子部４０−２の全ての部分は同じ外部接続配線５０−２に連結されている。この場合の長手方向（ｓ，ｔ）としては、各端子部４０と導電膜３０との間の全ての接触面を包含する最小矩形ＲＥＣの長手方向を考える。その最小矩形ＲＥＣの長手方向（ｓ，ｔ）が、ｘ方向（起電力方向）と交差する。これにより、同様の効果が得られる。
【００４０】
２−４．第４の構成例
図１１及び図１２は、第４の構成例における端子部４０を示す平面図である。端子部４０は、必ずしも連続的な接触面において導電膜３０と接触する必要はない。図１１及び図１２に示されるように、各端子部４０は、一列に並んだ複数の端子から構成されていてもよい。言い換えれば、各端子部４０は、“離散的”な接触面において導電膜３０と接触していてもよい。端子部４０−１を構成する全ての端子は同じ外部接続配線５０−１に連結され、端子部４０−２を構成する全ての端子は同じ外部接続配線５０−２に連結されている。
【００４１】
この場合の長手方向（ｓ，ｔ）としては、各端子部４０を構成する複数の端子を包含する最小矩形ＲＥＣ、すなわち、各端子部４０と導電膜３０との間の離散的な接触面を包含する最小矩形ＲＥＣの長手方向を考える。その最小矩形ＲＥＣの長手方向（ｓ，ｔ）が、ｘ方向（起電力方向）と交差する。これにより、同様の効果が得られる。
【００４２】
２−５．第５の構成例
図１３及び図１４は、第５の構成例における端子部４０を示す平面図である。端子部４０を構成する複数の端子は、一列に並んでいなくてもよく、図１３や図１４に示されるように“千鳥状”に配置されていてもよい。この場合の長手方向も、各端子部４０を構成する複数の端子を包含する最小矩形ＲＥＣ、すなわち、各端子部４０と導電膜３０との間の離散的な接触面を包含する最小矩形ＲＥＣの長手方向である。その最小矩形ＲＥＣの長手方向（ｓ，ｔ）が、ｘ方向（起電力方向）と交差する。これにより、同様の効果が得られる。
【００４３】
２−６．第６の構成例
図１５及び図１６に示される例では、導電膜３０が、複数の発電部３１と、それら複数の発電部３１間を接続する連結部３２とを備えている。各発電部３１は、ｘ方向に延在するように形成されている。連結部３２は、複数の発電部３１のそれぞれにおいて発生する起電力が直列に加算されるように、複数の発電部３１間をつないでいる。また、連結部３２における発電量は、発電部３１における発電量よりも小さい。例えば、連結部３２の面積は、発電部３１の面積よりも小さい。あるいは、発電部３１と連結部３２とで材料が異なっており、スピン流−電流変換効率が、発電部３１よりも連結部３２の方で低くてもよい。
【００４４】
このような導電膜３０に対しても、本実施の形態に係る端子部４０−１、４０−２を適用可能である。すなわち、２個の端子部４０−１、４０−２は、導電膜３０中でポテンシャルが異なる２箇所にそれぞれ接触するように形成される。そして、各端子部４０と導電膜３０との間の接触面を包含する最小矩形ＲＥＣの長手方向が、ｘ方向（起電力方向）と交差する。これにより、同様の効果が得られる。
【００４５】
２−７．第７の構成例
図１７及び図１８に示されるように、端子部４０は、導電膜３０の側面上に形成されていてもよい。図１８に示される例では、第４の構成例（図１１、図１２参照）で示されたような複数の端子が、導電膜３０の側面に形成されている。このような構成によっても、同様の効果が得られる。
【００４６】
２−８．第８の構成例
上記の構成例の任意の組み合わせも可能である。例えば、端子部４０−１、４０−２の一方が、図５で示された構成を有し、他方が、図１１で示された構成を有していてもよい。
【００４７】
上記の構成例を一般化すると、次の通りである。２個の端子部４０−１、４０−２は、起電力によるポテンシャルが異なる２箇所で導電膜３０にそれぞれ接触するように形成されている。端子部４０−１、４０−２の各々は、連続的あるいは離散的な接触面において導電膜３０と接触する。その連続的あるいは離散的な接触面を包含する最小矩形ＲＥＣの長手方向を考えたとき、各端子部４０に関する長手方向は、起電力の方向（ｘ方向）と交差している。
【００４８】
３．その他の例
図１９は、他の例を示している。導電膜３０は、ｘ方向に細長く延在している。端子部４０は、導電膜３０上に形成されている。本例では、端子部４０と導電膜３０との間の接触面の長手方向は、起電力の方向（ｘ方向）と一致する。この場合であっても、ｙ方向の幅を端子部４０と導電膜３０とで同じにすることによって、導電膜３０における抵抗ロスを最小限に抑えることが可能である。
【００４９】
図２０は、更に他の例を示している。図２０に示される構成では、温度勾配∇Ｔは、積層方向（ｚ方向）ではなく、面内方向（ｙ方向）に与えられる。より詳細には、磁性体層２０がｙ方向に延在するように形成されており、導電膜３０はその磁性体層２０の一部の上に形成されている。ｙ方向の温度勾配∇Ｔが印加されたとき、磁性体層２０の中ではｙ方向に沿ったスピン流Ｊｓが生成されるが、磁性体層２０と導電膜３０との界面においてそのスピン流Ｊｓの方向はｚ方向に変わる。従って、上記の実施の形態の場合と同じく、導電膜３０においてｘ方向に起電力が発生する。導電膜３０と端子部４０との関係は、上記の実施の形態の場合と同じである。
【００５０】
４．導電膜３０について
図２１及び図２２に示されるように、熱電変換素子１に抵抗Ｒの外部負荷６０を接続し、外部負荷６０へ電力を伝える場合を考える。このとき、熱電変換素子１の内部抵抗Ｒ０は、近似的に、導電膜３０の抵抗で与えられる。
【００５１】
図２１に示されるように、導電膜３０のｘ方向の長さ、ｙ方向の幅、及びｚ方向の厚さは、それぞれ、Ｌ、Ｗ、及びｔであるとする。導電膜３０の抵抗率ρを用いると、内部抵抗Ｒ０は、Ｒ０＝ρＬ／（Ｗｔ）と表される。ただし、導電膜３０の厚さｔは材料のスピン拡散長程度に設定することが望ましいため、素子構造を設計する上でシート抵抗Ｒｓ＝ρ／ｔは通常固定パラメータとして扱う。
【００５２】
ここで、抵抗Ｒの外部負荷６０を接続する場合、インピーダンスマッチングの条件は、Ｒ＝Ｒ０＝ＲｓＬ／Ｗで表される。このインピーダンスマッチング条件を満たすためには、熱電変換素子１の形状パラメータＬ及びＷを、Ｌ／Ｗ＝Ｒ／Ｒｓの関係を満たすように設計することが好適である。このようにすることで、与えられた面積あたりの発電量（電力供給量）を最大化できる。
【００５３】
例えば、膜厚ｔ＝１５ｎｍのＰｔ膜を導電膜３０として用いる場合、シート抵抗Ｒｓは、Ｒｓ＝ρ／ｔ＝６．９Ω／□となる。抵抗Ｒ＝１０Ωの外部負荷６０を駆動する場合を想定すると、熱電変換素子１の最適縦横比は、Ｌ／Ｗ＝Ｒ／Ｒｓ＝１．４となり、正方形に近い素子形状が望ましいことがわかる。
【００５４】
尚、最適縦横比Ｌ／Ｗが極端に大きい場合には、例えば図１５や図１６で示されたような折り返し構造を採用することが望ましい。
【００５５】
また、本実施の形態のようなスピン流を用いた熱電変換素子１の利点の１つは、大面積化によって熱電発電の高出力化が容易に得られるという便利なスケーリング則にある。この熱電発電のスケーリング則は、より具体的には以下のように説明される。
【００５６】
導電膜３０の幅Ｗを一定にして長さＬを大きくすると、熱起電力Ｖ（外部負荷６０を接続しないで出力端子間を開放した際の出力電圧）及び内部抵抗Ｒ０が、長さＬに比例して増大する（Ｖ∝Ｌ、Ｒ０∝Ｌ）。また、導電膜３０の長さＬを一定にして幅Ｗを大きくすると、熱起電力Ｖは変化しないが、内部抵抗Ｒ０が幅Ｗに反比例して減少する（Ｒ０∝１／Ｗ）。従って、適切にインピーダンスマッチングさせた場合、外部負荷６０において取り出すことができる最適電力（∝Ｖ２／Ｒ０）は、導電膜３０の面積Ｌ×Ｗに略比例する。
【００５７】
このように、スピン流を用いた熱電変換素子１では、導電膜３０の面積（Ｌ×Ｗ）を大きくするほど、より多くのスピン流が導電膜３０に流れ込んで発電に寄与し、結果として、より大きな電気的エネルギーが得られる。大きな発電量（電力）を得るためには、本実施の形態で示されたように、下層の磁性体層２０に対して導電膜３０の面積を最大化した構造が望ましい。
【００５８】
また、導電膜３０は、必ずしも一体となっている必要はない。例えば図２３に示されるように、導電膜３０は複数部分に分割され配置されていてもよい。この場合、分離された導電膜３０におけるそれぞれの熱起電力（発電電力）を、端子部４０−１、４０−２によってまとめて取り出す。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
（付記１）
磁性体層と、
前記磁性体層上に形成され、逆スピンホール効果によって面内方向の起電力を発生するように構成された導電膜と、
前記起電力によるポテンシャルが異なる２箇所で前記導電膜にそれぞれ接触するように形成された２個の端子部と
を備え、
前記２個の端子部の各々は、連続的あるいは離散的な接触面において前記導電膜と接触し、
前記連続的あるいは離散的な接触面を包含する最小矩形の長手方向を考えたとき、前記各々の端子部に関する前記長手方向は、前記起電力の方向と交差している
熱電変換素子。
【００６２】
（付記２）
付記１に記載の熱電変換素子であって、
前記２個の端子部のうち少なくとも一方は、前記導電膜に接触するように形成された端子膜である
熱電変換素子。
【００６３】
（付記３）
付記２に記載の熱電変換素子であって、
前記端子膜のシート抵抗は、前記導電膜のシート抵抗よりも低い
熱電変換素子。
【００６４】
（付記４）
付記１に記載の熱電変換素子であって、
前記２個の端子部のうち少なくとも一方は、前記離散的な接触面において前記導電膜と接触する
熱電変換素子。
【００６５】
（付記５）
付記１乃至４のいずれか一項に記載の熱電変換素子であって、
前記２個の端子部は、それぞれ異なる外部接続配線に連結されている
熱電変換素子。
【００６６】
（付記６）
付記１乃至５のいずれか一項に記載の熱電変換素子であって、
前記磁性体層は、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し、
前記導電膜は、逆スピンホール効果によって前記スピン流から前記起電力を発生する
熱電変換素子。
【００６７】
（付記７）
磁性体層と、
前記磁性体層上に形成され、逆スピンホール効果によって面内方向の起電力を発生するように構成された導電膜と
を備え、
前記導電膜は、前記起電力によるポテンシャルが異なる２箇所に２つの端子部を有しており、
前記２つの端子部のシート抵抗は、前記２つの端子部以外のシート抵抗よりも低い
熱電変換素子。
【００６８】
（付記８）
磁性体層と、
前記磁性体層上に形成され、逆スピンホール効果によって面内方向の起電力を発生するように構成された導電膜と、
前記起電力によるポテンシャルが異なる２箇所で前記導電膜にそれぞれ接触するように形成された２個の端子部と
を備え、
前記起電力の方向と直交する面内方向の幅は、前記２個の端子部と前記導電膜とで等しい
熱電変換素子。
【００６９】
本出願は、２０１１年９月２６日に出願された日本国特許出願２０１１−２０９７２７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。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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