(57)【要約】本発明に係る熱電変換素子は、磁性体層と、磁性体層上に接触するよう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複数の変換電極と、を備える。複数の変換電極同士は、物理的に離間している。
2013161615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体層と、
前記磁性体層上に接触するように形成され、スピン軌道相互作用を発現する材料で形成された複数の変換電極と
を備え、
前記複数の変換電極同士は、物理的に離間している
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、
更に、導電性の電力取り出し構造を備え、
前記複数の変換電極の少なくとも一部が、前記電力取り出し構造と接触している
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、
前記電力取り出し構造は、前記少なくとも一部の変換電極と接触するように形成された接続電極である
熱電変換素子。
【請求項４】
請求項２に記載の熱電変換素子であって、
前記複数の変換電極は、複数の変換電極ペアを含んでおり、
前記複数の変換電極ペアの各々を構成する２個の変換電極同士は、可変抵抗を介して電気的に接続されており、
前記可変抵抗の抵抗状態としては、低抵抗状態と、前記可変抵抗の抵抗値が前記低抵抗状態のときよりも高い高抵抗状態とがあり、
前記電力取り出し構造は、前記低抵抗状態の前記可変抵抗を含み、
前記少なくとも一部の変換電極同士は、前記低抵抗状態の前記可変抵抗を介して接続されている
熱電変換素子。
【請求項５】
請求項４に記載の熱電変換素子であって、
更に、出力制御回路を備え、
前記出力制御回路は、前記複数の変換電極ペア毎に前記可変抵抗の前記抵抗状態を前記低抵抗状態あるいは前記高抵抗状態に設定し、それによって前記電力取り出し構造の構成を決定する
熱電変換素子。
【請求項６】
請求項５に記載の熱電変換素子であって、
前記可変抵抗の前記抵抗状態は、前記低抵抗状態と前記高抵抗状態との間で切り替え可能であり、
前記出力制御回路は、前記複数の変換電極ペア毎に前記可変抵抗の前記抵抗状態を切り替えることによって、前記電力取り出し構造の構成を動的に変更する
熱電変換素子。
【請求項７】
請求項１に記載の熱電変換素子であって、
前記複数の変換電極のうち少なくとも１つが、前記磁性体層とは異なる導電部材を介して、一対の外部接続端子に電気的に接続された
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１３００７０号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Uchida et al., “Spin  Seebeck  insulator”,  Nature  Materials,  2010,  vol. 9,  p.894.
【非特許文献２】Uchida et al., “Observation  of  longitudinal  spin-Seebeck  effect  in  magnetic  insulators”,  Applied  Physics  Letters,  2010,  vol.97,  p172505.
【発明の概要】
【００１０】
図１で示された熱電変換素子では、スピン流から起電力を生成する金属電極の平面形状が一定である。従って、様々な出力電力要求に応えるためには、金属電極の平面形状が異なる複数種類の熱電変換素子を用意しておく必要がある。しかしながら、これは非効率的である。
【００１１】
本発明の１つの目的は、様々な出力電力要求に応えることができる熱電変換素子を提供することにある。
【００１２】
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、磁性体層上に接触するよう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複数の変換電極と、を備える。複数の変換電極同士は、物理的に離間している。
【００１３】
本発明に係る熱電変換素子は、様々な出力電力要求に応えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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、本発明の第１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３】図３は、本発明の第２の実施の形態に係る熱電変換素子の構成の一例を示す斜視図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施の形態に係る熱電変換素子の構成の他の例を示す斜視図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の第３の実施の形態に係る熱電変換素子の構成の一例を示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の第３の実施の形態に係る熱電変換素子の構成の他の例を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施の形態に係る熱電変換素子の構成の一例を示す平面図である。
【図７】図７は、本発明の第３の実施の形態に係る熱電変換素子の構成の他の例を示す平面図である。
【図８】図８は、本発明の第３の実施の形態に係る熱電変換素子の構成の更に他の例を示す平面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の第３の実施の形態に係る熱電変換素子の構成の更に他の例を示す平面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の第３の実施の形態に係る熱電変換素子の構成の更に他の例を示す断面図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、本発明の第３の実施の形態に係る熱電変換素子の構成の更に他の例を示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第４の実施の形態に係る熱電変換素子の構成を示す概念図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本発明の第４の実施の形態におけるリンク構成の一例を示す概念図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図１１Ａで示されたリンク構造を用いた熱電変換素子の構成の一例を示す概念図である。
【図１２】図１２は、本発明の第４の実施の形態に係る熱電変換素子の構成の一例を示す概念図である。
【図１３】図１３は、本発明の第４の実施の形態に係る熱電変換素子の構成の他の例を示す概念図である。
【図１４】図１４は、本発明の第４の実施の形態に係る熱電変換素子の構成の更に他の例を示す概念図である。
【図１５】図１５は、本発明の第４の実施の形態に係る熱電変換素子の構成の更に他の例を示す概念図である。
【図１６】図１６は、本発明の第４の実施の形態に係る熱電変換素子の構成の更に他の例を示す概念図である。
【図１７】図１７は、本発明の第５の実施の形態に係る熱電変換素子の構成の一例を概略的に示す平面図である。
【図１８】図１８は、本発明の第５の実施の形態に係る熱電変換素子の構成の他の例を概略的に示す平面図である。
【図１９】図１９は、本発明の第６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。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
１．第１の実施の形態
図２は、第１の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、磁性体層２０及び変換電極３０を備えている。変換電極３０は磁性体層２０上に形成されている。つまり、磁性体層２０と変換電極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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
変換電極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、変換電極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。
【００２０】
変換電極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。変換電極３０は、ＩＴＯなどの酸化物であってもよい。
【００２１】
尚、効率の観点から言えば、変換電極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、変換電極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。
【００２２】
本実施の形態によれば、上記のような変換電極３０が複数個設けられている。つまり、複数の変換電極３０が、磁性体層２０上に接触するように形成されている。更に、それら複数の変換電極３０同士は、物理的に離間している。従って、設計者やユーザは、所望の出力電力が得られるように、複数の変換電極３０のうち任意のものだけを“選択的”に利用することができる。すなわち、図２に示された熱電変換素子１は、様々な出力電力要求に応えることができる。１種類の熱電変換素子１で様々な出力電力要求に応えることができるため、図１で示されたものと比較して、利便性が高く、且つ、コストも低減される。
【００２３】
尚、複数の変換電極３０のうち選択的に使用されるものは、以下、「選択電極３０Ａ」と参照される。選択電極３０Ａは、複数の変換電極３０の少なくとも一部である。選択電極３０Ａが複数の変換電極３０の全てである場合もある。一方、複数の変換電極３０のうち選択電極３０Ａ以外は、以下「非選択電極３０Ｂ」と参照される。
【００２４】
２．第２の実施の形態
図３は、第２の実施の形態に係る熱電変換素子１の構成の一例を概略的に示している。図３に示されるように、選択電極３０Ａで発生した電力を取り出すために「電力取り出し構造４０」が形成されている。より詳細には、電力取り出し構造４０は、導電性であり、選択電極３０Ａと物理的に接続されている（つまり、接触している）。その一方で、電力取り出し構造４０は、非選択電極３０Ｂとは物理的に離れている（つまり、接触していない）。
【００２５】
更に、導電性の電力取り出し構造４０は、一対の外部接続端子５０−１、５０−２に物理的に接続されている。典型的には、外部接続端子５０−１、５０−２は、起電力発生方向（ｘ方向）に離間して形成される。それら外部接続端子５０−１、５０−２は、それぞれ、外部接続配線６０−１、６０−２を介して外部負荷に接続される。
【００２６】
このように、選択電極３０Ａは、磁性体層２０とは異なる導電部材（電力取り出し構造４０）を介して、一対の外部接続端子５０−１、５０−２と電気的に接続される。選択電極３０Ａに起電力が発生しているとき、外部接続端子５０−１、５０−２の電位は互いに異なっている。これら電力取り出し構造４０及び外部接続端子５０を用いることにより、選択電極３０Ａで発生した電流（電力）を取り出すことができる。一方、非選択電極３０Ｂは電力取り出し構造４０と接触していないため、非選択電極３０Ｂで発生した電流（電力）は電力取り出し構造４０を介して外部接続端子５０には供給されない。
【００２７】
従って、選択電極３０Ａ及び非選択電極３０Ｂを適宜設定することによって、所望の出力電力を得ることが可能である。逆に言えば、所望の出力電力に応じて選択電極３０Ａ及び非選択電極３０Ｂを適宜設定すればよい。１種類の熱電変換素子１で様々な出力電力要求に応えることができるため、図１で示されたものと比較して、利便性が高く、且つ、コストも低減される。
【００２８】
尚、典型的には、図３に示されるように、起電力発生方向（ｘ方向）に分布した変換電極３０が選択電極３０Ａとして使用される。その場合、ｘ方向に分布した選択電極３０Ａのそれぞれでの起電力が加算されるように、電力取り出し構造４０が形成されることが好ましい。但し、使用方法は、それに限られず、自由である。選択電極３０Ａが一個である場合もあるし、ｙ方向に分布した選択電極３０Ａだけが並列的に接続されてもよい。また、図４に示されるように、１個の熱電変換素子１に対して、２以上の電力取り出し構造４０が別々に設けられてもよい。
【００２９】
３．第３の実施の形態
上述の電力取り出し構造４０の実現方法としては、様々考えられる。第３の実施の形態では、選択電極３０Ａと接触するように形成される電極が電力取り出し構造４０として用いられる場合を説明する。そのような電力取り出し構造４０としての電極は、以下「接続電極４１」と参照される。
【００３０】
図５Ａ及び図５Ｂは、接続電極４１の形成例を示す断面図である。図示されるように、接続電極４１は、選択電極３０Ａ同士を接続するように選択電極３０Ａと接触して形成される。図５Ａに示される例では、接続電極４１は変換電極３０の上層に形成されており、接続電極４１と磁性体層２０との間には絶縁膜が形成される。図５Ｂに示される例では、接続電極４１は磁性体層２０にも接触するように形成されている。また、図５Ａ及び図５Ｂに示されるように、一対の外部接続端子５０−１、５０−２は、接続電極４１上に形成されている。典型的には、外部接続端子５０−１、５０−２は、起電力発生方向（ｘ方向）に離間して形成される。
【００３１】
接続電極４１の材料は、導電材であれば何でもよい。電力取り出しの観点から言えば、接続電極４１のシート抵抗は変換電極３０のシート抵抗が低いことが好ましい。例えば、変換電極３０の材料はＰｔ（抵抗率＝１０４ｎΩ・ｍ）であり、接続電極４１の材料はＣｕ（抵抗率＝１７ｎΩ・ｍ）である。
【００３２】
図６〜図８は、接続電極４１の様々な形成例を示す平面図である。いずれの例においても、接続電極４１は、選択電極３０Ａとだけ接触するように形成されており、非選択電極３０Ｂとは接触していない。逆に言えば、接続電極４１と接触している変換電極３０が選択電極３０Ａであり、接続電極４１と接触していない変換電極３０が非選択電極３０Ｂである。所望の出力電力に応じて接続電極４１を適宜形成することによって、選択電極３０Ａ及び非選択電極３０Ｂを設定することができる。
【００３３】
また、図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃに示されるように、接続電極４１は、隣り合う選択電極３０Ａの間をつなぐように１つずつ形成されてもよい。この場合も、接続電極４１が選択電極３０Ａに接触し、非選択電極３０Ｂには接触しないことに変わりはない。また、一対の外部接続端子５０−１、５０−２は、起電力発生方向（ｘ方向）に離間した２個の選択電極３０Ａにそれぞれ設けられるとよい。
【００３４】
４．第４の実施の形態
図１０は、第４の実施の形態に係る熱電変換素子１の構成を示す概念図である。図１０では、変換電極３０のｘｙ面上の配置が示されており、磁性体層２０は省略されている。
【００３５】
図１０に示される例では、隣り合う変換電極３０同士が「リンク構造４３」を介して接続されている。但し、各変換電極３０は、必ずしも隣りの変換電極３０と接続されていなくてもよい。一般化すれば、任意の２つの変換電極３０によって定義される「変換電極ペア」が複数存在しており、各々の変換電極ペアを構成する２つの変換電極３０同士が、リンク構造４３を介して接続されていればよい。また、外部接続端子５０は、配線あるいはリンク構造４３を介して、いずれかの変換電極３０に接続されている。
【００３６】
リンク構造４３は導電性の構造であり、その抵抗状態としては、「低抵抗状態」と「高抵抗状態」の少なくとも２つがあり得る。リンク構造４３の抵抗値は、低抵抗状態のときよりも、高抵抗状態のときの方が高い。低抵抗状態のリンク構造４３は、以下、「ＯＮリンク構造４３Ａ」と参照される。一方、高抵抗状態のリンク構造４３は、以下、「ＯＦＦリンク構造４３Ｂ」と参照される。リンク構造４３の抵抗状態は、少なくとも１回は切り替え可能である。すなわち、リンク構造４３を、ＯＮリンク構造４３ＡあるいはＯＦＦリンク構造４３Ｂのいずれかに、少なくとも１回は自由に設定することができる。
【００３７】
図１１Ａは、リンク構造４３の一例を示している。図１１Ｂは、図１１Ａで示されたリンク構造４３を用いた熱電変換素子１の構成一例を示している。図１１Ａ及び図１１Ｂに示される例では、変換電極ペアを構成する２つの変換電極３０間が配線４４で接続されている。更に、その配線４４上には可変抵抗４５が形成されている。可変抵抗４５の抵抗状態としては、低抵抗状態と高抵抗状態の少なくとも２つがある。また、可変抵抗４５の抵抗状態は、切り替え信号ＳＷによって、少なくとも１回は切り替え可能である。可変抵抗４５が低抵抗状態に設定されている場合が、ＯＮリンク構造４３Ａに相当する。一方、可変抵抗４５が高抵抗状態に設定されている場合が、ＯＦＦリンク構造４３Ｂに相当する。
【００３８】
可変抵抗４５は、例えば、抵抗変化素子である。抵抗変換素子としては、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）のメモリセルに使用される磁気抵抗効果素子や、抵抗変化型メモリ（ＲｅＲＡＭ）のメモリセルに使用される抵抗変化素子が挙げられる。そのような抵抗変化素子の抵抗値は、切り替え信号ＳＷによって、自由に切り替え可能である。
【００３９】
あるいは、可変抵抗４５は、スイッチであってもよい。スイッチがＯＮしている状態が、低抵抗状態のＯＮリンク構造４３Ａに相当する。一方が、スイッチがＯＦＦしている状態が、高抵抗状態のＯＦＦリンク構造４３Ｂに相当する。そのようなスイッチのＯＮ／ＯＦＦ制御は、切り替え信号ＳＷにより可能である。
【００４０】
あるいは、可変抵抗４５は、ヒューズやアンチヒューズであってもよい。ヒューズの場合、書き込み前の状態が、低抵抗状態のＯＮリンク構造４３Ａに相当し、書き込み後の状態が、高抵抗状態のＯＦＦリンク構造４３Ｂに相当する。アンチヒューズの場合、書き込み前の状態が、高抵抗状態のＯＦＦリンク構造４３Ｂに相当し、書き込み後の状態が、低抵抗状態のＯＮリンク構造４３Ａに相当する。これらの場合、状態切り替えは、切り替え信号ＳＷにより、１回だけ可能である。
【００４１】
図１２〜図１４は、本実施の形態に係る熱電変換素子１の様々な使用例を示している。いずれの例においても、選択電極３０Ａ同士をＯＮリンク構造４３Ａで接続し、それにより電力取り出し構造４０を形成している。つまり、本実施の形態の電力取り出し構造４０は、高抵抗のＯＦＦリンク構造４３Ｂを含まず、且つ、低抵抗のＯＮリンク構造４３Ａを含む構造として定義される。選択電極３０Ａは、ＯＮリンク構造４３Ａを介して、他の選択電極３０Ａと接続されている。一方、非選択電極３０Ｂにつながるリンク構造４３は、ＯＦＦリンク構造４３Ｂに設定されている。更に、使用する外部接続端子５０は、配線あるいはＯＮリンク構造４３Ａを介して、いずれかの選択電極３０Ａに接続されている。このようにして、選択電極３０Ａで発生した電流（電力）を外部接続端子５０から取り出すことができる。
【００４２】
既出の実施の形態と同様に、選択電極３０Ａと非選択電極３０Ｂの配置は、所望の出力電力に応じて決定される。本実施の形態では、所望の出力電力に応じた選択電極３０Ａと非選択電極３０Ｂの配置が得られるように、各リンク構造４３の抵抗状態を設定すればよい。各リンク構造４３の抵抗状態は、切り替え信号ＳＷを用いることによって設定可能である。
【００４３】
所望の出力電力に応じて選択電極３０Ａ及び非選択電極３０Ｂの配置設定を行う回路が、図１５に示される出力制御回路７０である。出力制御回路７０には、所望の出力電力や動作モードなどを示す制御信号ＣＯＮが外部から入力される。その制御信号ＣＯＮに応答して、出力制御回路７０は、所望の出力電力に応じた選択電極３０Ａ及び非選択電極３０Ｂの配置設定を行う。これは、電力取り出し構造４０の構成を決定することと等価である。具体的には、出力制御回路７０は、適切な選択電極３０Ａ及び非選択電極３０Ｂの配置が得られるように、変換電極ペア毎に、リンク構造４３をＯＮリンク構造４３ＡあるいはＯＦＦリンク構造４３Ｂに設定する。その設定を行うためには、変換電極ペア毎に、リンク構造４３に切り替え信号ＳＷを供給すればよい。
【００４４】
また、リンク構造４３の抵抗状態を自由に切り替え可能な場合、図１６に示されるようなフィードバック制御も可能である。具体的には、出力制御回路７０は、熱電変換素子１の出力電力に応じた出力信号ＯＵＴを受け取る。そして、出力制御回路７０は、当該出力電力が所望の値となるように、変換電極ペア毎にリンク構造４３の抵抗状態を切り替えることによって、選択電極３０Ａと非選択電極３０Ｂの配置を“動的”に変更する。これは、電力取り出し構造４０の構成を“動的”に変更することと等価である。このようなフィードバック制御によって、例えば、温度が変動するような環境下においても、出力電力を一定に保つことが可能となる。
【００４５】
５．第５の実施の形態
磁性体層２０上の変換電極３０の配置は、アレイ状に限られない。様々な出力電力要求に対応できるように複数の変換電極３０が配置されていればよい。例えば、図１７に示されるように、長手方向がｘ方向である複数の変換電極３０が、互いに平行に配置されていてもよい。図１８に示されるように、それぞれの変換電極３０のｙ方向の幅は、小さいものから大きいものまで様々であってもよい。いずれの場合であっても、複数の変換電極３０の中から選択電極３０Ａを適宜選択することによって、所望の出力電力を得ることが可能である。
【００４６】
６．第６の実施の形態
図１９は、第６の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。第６の実施の形態では、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、複数の変換電極３０はその磁性体層２０の一部領域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と変換電極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、ｘ方向に起電力が発生する。尚、本実施の形態に係る構成は、既出の実施の形態のいずれにも適用可能である。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
（付記１）
磁性体層と、
前記磁性体層上に接触するように形成され、スピン軌道相互作用を発現する材料で形成された複数の変換電極と
を備え、
前記複数の変換電極同士は、物理的に離間している
熱電変換素子。
【００５０】
（付記２）
付記１に記載の熱電変換素子であって、
更に、導電性の電力取り出し構造を備え、
前記複数の変換電極の少なくとも一部が、前記電力取り出し構造と接触している
熱電変換素子。
【００５１】
（付記３）
付記２に記載の熱電変換素子であって、
前記電力取り出し構造は、前記少なくとも一部の変換電極と接触するように形成された接続電極である
熱電変換素子。
【００５２】
（付記４）
付記２に記載の熱電変換素子であって、
前記複数の変換電極は、複数の変換電極ペアを含んでおり、
前記複数の変換電極ペアの各々を構成する２個の変換電極同士は、可変抵抗を介して電気的に接続されており、
前記可変抵抗の抵抗状態としては、低抵抗状態と、前記可変抵抗の抵抗値が前記低抵抗状態のときよりも高い高抵抗状態とがあり、
前記電力取り出し構造は、前記低抵抗状態の前記可変抵抗を含み、
前記少なくとも一部の変換電極同士は、前記低抵抗状態の前記可変抵抗を介して接続されている
熱電変換素子。
【００５３】
（付記５）
付記４に記載の熱電変換素子であって、
更に、出力制御回路を備え、
前記出力制御回路は、前記複数の変換電極ペア毎に前記可変抵抗の前記抵抗状態を前記低抵抗状態あるいは前記高抵抗状態に設定し、それによって前記電力取り出し構造の構成を決定する
熱電変換素子。
【００５４】
（付記６）
付記５に記載の熱電変換素子であって、
前記可変抵抗の前記抵抗状態は、前記低抵抗状態と前記高抵抗状態との間で切り替え可能であり、
前記出力制御回路は、前記複数の変換電極ペア毎に前記可変抵抗の前記抵抗状態を切り替えることによって、前記電力取り出し構造の構成を動的に変更する
熱電変換素子。
【００５５】
（付記７）
付記１に記載の熱電変換素子であって、
前記複数の変換電極のうち少なくとも１つが、前記磁性体層とは異なる導電部材を介して、一対の外部接続端子に電気的に接続された
熱電変換素子。
【００５６】
本出願は、２０１２年４月２４日に出願された日本国特許出願２０１２−０９８５４０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３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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