(57)【要約】  熱電変換素子は、電線を具備する。その電線は、電線の軸方向に延在する第１部材と、第１部材の外周面の少なくとも一部を覆うように軸方向に延在する第２部材と、を備える。第１部材と第２部材の一方は、磁性体である。第１部材と第２部材の他方は、スピン軌道相互作用を発現する材料で形成された導電体である。
2013151088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電線を具備し、
前記電線は、
前記電線の軸方向に延在する第１部材と、
前記第１部材の外周面の少なくとも一部を覆うように前記軸方向に延在する第２部材と
を備え、
前記第１部材と前記第２部材の一方は、磁性体であり、
前記第１部材と前記第２部材の他方は、スピン軌道相互作用を発現する材料で形成された導電体である
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、
前記磁性体の磁化は、前記軸方向と直交する方向の成分を含んでいる
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、
前記電線が熱源と熱的に結合するように配置されている際の前記熱源から前記電線へ向かう方向は、第１方向であり、
前記磁性体の前記磁化は、前記軸方向及び前記第１方向の両方に直交する方向の成分を含んでいる
熱電変換素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱電変換素子であって、
更に、
第１位置における前記導電体と電気的に接続された第１電極と、
前記第１位置とは異なる第２位置における前記導電体と電気的に接続された第２電極と
を具備する
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、
前記電線は、更に、
前記第２部材の外周面を覆うように前記軸方向に延在する絶縁体
を備える
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、
前記電線は、更に、
前記第１部材の内側において前記軸方向に延在する芯材
を備える
熱電変換素子。
【請求項７】
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、
前記第１部材の内部には、前記軸方向に延在する空洞が形成された
熱電変換素子。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の熱電変換素子であって、
前記電線は、曲げられており、互いに隣接する部分を含んでいる
熱電変換素子。
【請求項９】
請求項８に記載の熱電変換素子であって、
前記電線が、物体の周りに巻き付けられている
熱電変換素子。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の熱電変換素子であって、
前記電線の数は複数であり、
前記複数の電線同士が並列に接続されている
熱電変換素子。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の熱電変換素子と、
前記熱電変換素子の前記電線と熱的に結合するように配置された熱源と
を具備する
熱電変換システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の熱電変換システムであって、
前記熱電変換素子の前記電線は、前記熱源の周りに巻き付けられている
熱電変換システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載の熱電変換システムであって、
前記熱電変換素子の前記電線は、互いに隣接する部分を含んでいる
熱電変換システム。
【請求項１４】
電線を形成するステップを含み、
前記電線を形成するステップは、
前記電線の軸方向に延在する第１部材を形成するステップと、
前記第１部材の外周面の少なくとも一部を覆うように前記軸方向に延在する第２部材を形成するステップと
を含み、
前記第１部材と前記第２部材の一方は、磁性体であり、
前記第１部材と前記第２部材の他方は、スピン軌道相互作用を発現する材料で形成された導電体である
熱電変換素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の熱電変換素子の製造方法であって、
更に、
前記軸方向と直交する方向の成分を含むように前記磁性体の磁化を設定するステップ
を含む
熱電変換素子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の熱電変換素子の製造方法であって、
更に、
熱源と熱的に結合するように前記電線を配置するステップ
を含み、
前記熱源から前記電線へ向かう方向は、第１方向であり、
前記磁性体の前記磁化を設定するステップにおいて、前記磁性体の前記磁化は、前記軸方向及び前記第１方向の両方に直交する方向の成分を含むように設定される
熱電変換素子の製造方法。
【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に基づく熱電変換素子、その製造方法、及びその熱電変換素子を利用した熱電変換システムに関する。
【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】
熱電変換素子が実装される状況（熱源の形状等）としては様々なものがあり得る。しかしながら、図１で示されたような熱電変換素子は、その形状が一定であり、実装形態が限られてしまう。例えば、熱源が円筒形状を有する場合、その円筒の外周面に図１で示された平面型の熱電変換素子を設置することは困難である。
【００１１】
本発明の目的は、状況に応じた様々な実装形態が可能な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、熱電変換素子は、電線を具備する。その電線は、電線の軸方向に延在する第１部材と、第１部材の外周面の少なくとも一部を覆うように軸方向に延在する第２部材と、を備える。第１部材と第２部材の一方は、磁性体である。第１部材と第２部材の他方は、スピン軌道相互作用を発現する材料で形成された導電体である。
【００１３】
本発明に係る熱電変換素子によれば、状況に応じた様々な実装形態が可能となる。
【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を概略的に示している。
【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態に係る熱電変換素子の電線の断面構造を概略的に示している。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態に係る熱電変換素子の電線の断面構造を概略的に示している。
【図５】図５は、本発明の第１の実施の形態に係る熱電変換システムの一例を概略的に示している。
【図６】図６は、本発明の第１の実施の形態に係る熱電変換システムの他の例を概略的に示している。
【図７】図７は、本発明の第２の実施の形態に係る熱電変換素子の電線の断面構造を概略的に示している。
【図８】図８は、本発明の第２の実施の形態に係る熱電変換システムの一例を概略的に示している。
【図９】図９は、本発明の第２の実施の形態に係る熱電変換システムの他の例を概略的に示している。
【図１０】図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る熱電変換素子の電線の断面形状の変形例を示している。
【図１１】図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る熱電変換素子の電線の断面形状の他の変形例を示している。
【図１２】図１２は、本発明の第２の実施の形態に係る熱電変換素子の電線の断面形状の更に他の変形例を示している。
【図１３】図１３は、本発明の第３の実施の形態に係る熱電変換素子の電線の断面構造の一例を概略的に示している。
【図１４】図１４は、本発明の第３の実施の形態に係る熱電変換素子の電線の断面構造の他の例を概略的に示している。
【図１５】図１５は、本発明の第３の実施の形態に係る熱電変換素子の電線の断面構造の更に他の例を概略的に示している。
【図１６】図１６は、本発明の第３の実施の形態に係る熱電変換素子の電線の断面構造の更に他の例を概略的に示している。
【図１７】図１７は、本発明の第３の実施の形態に係る熱電変換素子の電線の断面構造の更に他の例を概略的に示している。
【図１８】図１８は、本発明の第３の実施の形態に係る熱電変換素子の電線の断面構造の更に他の例を概略的に示している。
【図１９】図１９は、本発明の第４の実施の形態に係る熱電変換素子の一例を概略的に示している。
【図２０】図２０は、本発明の第４の実施の形態に係る熱電変換素子の他の例を概略的に示している。
【図２１】図２１は、本発明の第５の実施の形態に係る熱電変換素子の一例を概略的に示している。
【図２２】図２２は、本発明の第５の実施の形態に係る熱電変換素子の他の例を概略的に示している。
【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を説明する。
【００１６】
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熱電変換素子１を概略的に示している。本実施の形態に係る熱電変換素子１は、電線５を備えている。図２に示されるように、電線５は、細長い形状を有しており、電線５の延在方向は、以下「軸方向Ｓ」と参照される。
【００１７】
電線５は、可とう性（flexibility）を有している。ここで、可とう性とは、可塑性（plasticity）と弾性（elasticity）の両方の概念を含む。すなわち、電線５は、可塑変形あるいは弾性変形が可能である。言い換えれば、電線５は曲げることが可能である。尚、電線５は曲げることが可能であるため、軸方向Ｓは、電線５の各点でローカルに定義され得る（図２参照）。
【００１８】
図３は、電線５の断面構造を概略的に示している。ここでは、軸方向Ｓに直交する面の断面構造が示されている。以下の説明においても、特に断りのない限り、「断面」とは軸方向Ｓに直交する断面であるとする。
【００１９】
図３に示されるように、電線５は、第１部材１０と第２部材２０を備えている。第１部材１０は、軸方向Ｓに延在している。また、第２部材２０も、軸方向Ｓに延在している。更に、第２部材２０は、第１部材１０の外周面１１を覆っている。つまり、第１部材１０が内層であり、第２部材２０が外層である。言い換えれば、第１部材１０は、第２部材２０よりも径方向内側に配置されており、第２部材２０は、第１部材１０よりも径方向外側に配置されている。ここで、径方向とは、電線５の軸中心から軸方向Ｓに直交するように外側へ向かう方向である。
【００２０】
本実施の形態では、第１部材１０と第２部材２０のうち一方が、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（駆動）する「磁性体」である。そして、第１部材１０と第２部材２０のうち他方が、逆スピンホール効果によって上記スピン流から起電力を発生する「導電体」である。
【００２１】
磁性体は、スピンゼーベック効果を発現する材料で形成される。磁性体の材料は、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。いずれにせよ、この磁性体は、可とう性を有する程度の厚さで形成される。
【００２２】
導電体は、逆スピンホール効果（スピン軌道相互作用）を発現する材料で形成される。より詳細には、導電体の材料は、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。あるいは、導電体は、ＩＴＯなどの酸化物であってもよい。尚、効率の観点から言えば、導電体の厚さを、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、導電体がＰｔ膜である場合、その厚さを１０〜３０ｎｍ程度に設定することが好ましい。いずれにせよ、この導電体は、可とう性を有する程度の厚さで形成される。
【００２３】
以上に説明された構成により、電線５は、スピンゼーベック効果と逆スピンホール効果を利用した「熱電変換部」としての機能を有することになる。この熱電変換部で生成される電力量は、軸方向Ｓに沿った長さ、スピンゼーベック係数、熱電変換部にかかる実効温度差、導電体の抵抗などのパラメータの関数として表すことができ、長さ、スピンゼーベック係数、実効温度差について２乗で、抵抗について−１乗で増大する。また、一定の温度差のもとで熱電変換部を直列に接続すれば起電力が増大し、並列に接続すれば電流量が増大する。
【００２４】
尚、第２部材２０は第１部材１０の外周面１１の全てを覆っている必要はない。第１部材１０と第２部材２０との間でスピン流の授受が発生すればよいので、図４に示されるように、第２部材２０が第１部材１０の外周面１１の一部だけを覆っていてもよい。つまり、第２部材２０は、第１部材１０の外周面１１の少なくとも一部を覆っていればよい。
【００２５】
また、第１部材１０と第２部材２０とは必ずしも接触していなくてもよい。第１部材１０と第２部材２０との間でスピン流の授受が発生する限り、第１部材１０と第２部材２０との間に別の薄膜が介在していてもよい。上述の「第２部材２０が第１部材１０の外周面１１を覆っている」とは、別の膜を介して外周面１１を覆っている状態も含む。
【００２６】
本実施の形態によれば、電線５は曲げることができるので、状況（熱源の形状等）に応じた様々な実装形態が可能となる。例えば、図５に示されるように、熱源ＨＳの表面が曲面である場合、電線５をその曲面に沿って曲げてやればよい。また例えば、図６に示されるように、熱源ＨＳが円筒状である場合、電線５をその円筒状の熱源ＨＳの周りに巻き付けてやればよい。その巻き数を調整することによって、出力電圧や出力電流を容易に制御することもできる。このように、本実施の形態に係る熱電変換素子１は、状況や用途に応じた実装が可能なので、実用性が極めて高い。
【００２７】
尚、図５や図６で示された熱電変換素子１と熱源ＨＳを合わせて「熱電変換システム」と呼ぶこともできる。熱源ＨＳは、熱電変換素子１の電線５と熱的に結合するように配置されている。ここで、熱的結合は、直接接触に限られない。熱源ＨＳと電線５との間に熱のやり取りがある限り、熱源ＨＳと電線５の配置関係は任意である。このような熱的結合により、電線５（熱電変換部）では、スピンゼーベック効果と逆スピンホール効果により起電力が発生する。
【００２８】
２．第２の実施の形態
磁性体は、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。そして、導電体は、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，Ｖ//Ｍ×∇Ｔ）。
【００２９】
起電力の方向は用途に応じて任意に設定されればよいが、１つの好適な使い方として、電線５の軸方向Ｓに起電力を発生させることが考えられる。上述の通り、起電力の方向は、少なくとも、磁性体の磁化Ｍの方向と直交する。従って、軸方向Ｓに起電力を発生させるためには、磁性体の磁化Ｍが、少なくとも、軸方向Ｓと直交する方向の成分を含んでいる必要がある。第２の実施の形態では、このようなケースが説明される。
【００３０】
図７は、第２の実施の形態に係る熱電変換素子１の電線５の断面構造を概略的に示している。ここでは、一例として、内層の第１部材１０が導電体であり、外層の第２部材２０が磁性体である場合が示されている。また、図７において、Ｘ方向及びＺ方向は共に軸方向Ｓと直交しており、更に、Ｘ方向とＺ方向とは互いに直交している。図７に示されるように、磁性体２０の磁化Ｍは、少なくとも、軸方向Ｓと直交するＸ方向の成分を含んでいる。この場合、Ｚ方向に沿った温度勾配∇Ｔが電線５に印加されると、軸方向Ｓに起電力が発生する。
【００３１】
図８は、図７で示された電線５が熱源ＨＳと熱的に結合するように配置されている状態を示している。図８において、熱源ＨＳから電線５へ向かう方向はＺ方向であり、それが温度勾配∇Ｔの方向と平行である。そして、磁性体２０の磁化Ｍは、軸方向Ｓ及びＺ方向（温度勾配方向）の両方に直交するＸ方向の成分を含んでいる。これにより、軸方向Ｓに起電力が発生する。
【００３２】
図９は、既出の図６の場合と同様に、電線５が円筒状の熱源ＨＳ（例えば排熱管）の周りに巻き付けられている実装形態を示している。その円筒状の熱源ＨＳの延在方向はＸ方向であり、その径方向はＸ方向と直交するＺ方向である。電線５は、その円筒状の熱源ＨＳの周りに“らせん状”に巻き付けられており、電線５の軸方向Ｓは、Ｘ方向及びＺ方向と直交する成分を含んでいる。
【００３３】
図９に示されるように、電線５に含まれる磁性体の磁化Ｍは、Ｘ方向の成分を含んでいる。このような磁化Ｍは、例えば、電線５を熱源ＨＳの周りに巻き付けた後に全体をＸ方向に磁化することにより実現される。磁化ＭがＸ方向の成分を含んでいるため、図８で示された場合と同様に、軸方向Ｓに起電力が発生する。
【００３４】
ここで、図９で示されるような実装形態の場合、電線５のうち互いに隣接する部分の磁化Ｍ同士が磁気的に結合することに留意されたい。このような隣接部分間の磁気的結合は、磁化Ｍの安定化に寄与する。すなわち、隣接部分間でＸ方向の磁化Ｍが磁気的に結合することにより、全体としてＸ方向の磁化Ｍが安定的に維持される。磁化Ｍの安定化は、熱電変換特性の向上につながり、好適である。図９で示されるような実装形態は、巻き数を調整することによって出力を容易に制御することが出来ることだけでなく、磁化Ｍの安定性の観点からも好適である。
【００３５】
磁化Ｍの安定性の観点から、電線５の断面形状に関して、様々な変形例が考えられる。すなわち、電線５が短軸と長軸が定義され得るような非等方的な断面形状を有する場合、形状磁気異方性によって、磁化Ｍは長軸方向に安定しやすくなる。例えば、電線５の断面形状は、図１０に示されるように楕円であってもよいし、図１１に示されるように長方形であってもよい。また例えば、電線５の断面形状は、図１２に示されるようなものであってもよい。
【００３６】
３．第３の実施の形態
熱電変換素子１の電線５の層構成としては、様々なものが考えられる。図１３に示される例では、内層の第１部材１０が導電体であり、外層の第２部材２０が磁性体である。逆に、図１４に示される例では、内層の第１部材１０が磁性体であり、外層の第２部材２０が導電体である。いずれの層構成であっても、電線５は「熱電変換部」として機能する。
【００３７】
また、図１５や図１６に示されるように、軸方向Ｓに延在する芯材ＣＲが第１部材１０の内側に形成されていてもよい。この場合、電線５の最内層が芯材ＣＲであり、第１部材１０はその芯材ＣＲの外周面の少なくとも一部を覆うように形成される。芯材ＣＲの材料としては、耐熱性があり、可とう性を有するもの（例えば、金属、炭素繊維、ガラス繊維）が用いられる。図１５に示される例では、内層の第１部材１０が導電体であり、外層の第２部材２０が磁性体である。逆に、図１６に示される例では、内層の第１部材１０が磁性体であり、外層の第２部材２０が導電体である。いずれの層構成であっても、電線５は「熱電変換部」として機能する。
【００３８】
あるいは、図１７や図１８に示されるように、芯材ＣＲの代わりに軸方向Ｓに延在する空洞ＨＬが、第１部材１０の内部に形成されていてもよい。この場合、第１部材１０は中空である。図１７に示される例では、内層の第１部材１０が導電体であり、外層の第２部材２０が磁性体である。逆に、図１８に示される例では、内層の第１部材１０が磁性体であり、外層の第２部材２０が導電体である。いずれの層構成であっても、電線５は「熱電変換部」として機能する。
【００３９】
更に、図１３〜図１８に示されるように、第２部材２０よりも更に外層に絶縁体３０が形成されていてもよい。より詳細には、絶縁体３０は、第２部材２０の外周面を覆うように軸方向Ｓに延在している。この絶縁体３０は、保護膜としての役割や、隣接する電線５とのショートを防ぐ役割を果たす。但し、隣り合う電線５同士がショートしたとしても熱電変換素子としての効果は得られるので、絶縁体３０が必ず必要なわけではない。例えば、軸方向Ｓに離れた２か所がショートした場合は、その部分には熱電変換素子が並列に存在することになる。
【００４０】
４．第４の実施の形態
典型的には、熱電変換素子１は、電線５で発生した電力を外部に取り出すための電極も備えている。例えば、図１９に示されるように、熱電変換素子１は、電線５に加えて第１電極４１と第２電極４２を備えている。第１電極４１と第２電極４２は、電線５の導電体のそれぞれ異なる位置に電気的に接続されている。つまり、第１電極４１は、第１位置における導電体と電気的に接続され、第２電極４２は、第１位置とは異なる第２位置における導電体と電気的に接続されている。このような一対の電極４１、４２を用いることにより、電線５で発生した電力を外部に取り出すことができる。
【００４１】
図２０に示されるように、電線５の両端に第１コネクタ５１及び第２コネクタ５２が設けられていてもよい。第１コネクタ５１は第１電極４１を含んでおり、第２コネクタ５２は第２電極４２を含んでいる。更に、第１コネクタ５１と第２コネクタ５２とは、互いに接続可能である。このようなコネクタ５１、５２を用いることによって、複数の電線５を直列的に接続してもよい。接続する電線５の数を変えることによって、出力電力を調整することができる。
【００４２】
５．第５の実施の形態
図２１に示されるように、複数の電線５が並列に接続されることにより、シート状の熱電変換素子１が構成されてよい。この場合、第１電極４１が、それぞれの電線５の一端に共通に接続され、第２電極４２が、それぞれの電線５の他端に共通に接続される。図２２に示される例では、図２１で示されたシート状の熱電変換素子１が２枚重ね合わされている。図２１や図２２で示されるシート状の熱電変換素子１によれば、大きな出力電流を得ることが可能となる。また、そのようなシート状の熱電変換素子１を熱源ＨＳに巻き付けるといった実装形態が考えられる。
【００４３】
尚、矛盾しない限りにおいて、既出の実施の形態同士を適宜組み合わせることも可能である。
【００４４】
６．第６の実施の形態
上述の熱電変換素子１の製造方法は、次の通りである。
【００４５】
まず、電線５が形成される。電線５を形成するステップは、電線５の軸方向Ｓに延在する第１部材１０を形成するステップと、第１部材１０の外周面１１の少なくとも一部を覆うように軸方向Ｓに延在する第２部材２０を形成するステップと、を含む。ここで、第１部材１０と第２部材２０の一方は磁性体であり、第１部材１０と第２部材２０の他方は導電体である。
【００４６】
必要に応じて、芯材ＣＲ（図１５、図１６参照）や絶縁体３０（図１３〜図１８参照）が形成されてもよい。
【００４７】
電線５の最内層の部材がガラスや磁性セラミックの場合、「線引炉」と呼ばれる一般的な光ファイバ製造手段を用いることができる（参考：特開２０１０−１３３２８号公報）。電線５の最内層の部材が金属の場合、一般的な金属細線の製造方法を用いることができる（参考：特開昭６３−２５６２１８号公報）。
【００４８】
最内層よりも外層にセラミック層を形成する場合、ＭＯＤ（有機金属分解，Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いた焼結方法、ＡＤ（エアロゾル堆積，Ａｅｒｏｓｏｌ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いた吹き付け方法、フェライトめっき法、などを用いることができる。
【００４９】
最内層よりも外層に金属層を形成する場合、一般的な真空蒸着法（スパッタリングなど）、ナノコロイド溶液の塗布・焼結（参考：特開平７−１８８９３４号公報、特開平９−２０９８０号公報）、などを用いることができる。
【００５０】
いずれの場合であっても、必要な層を順番に形成していけばよいだけであり、従来のような電極のパターンニングは不要である。これは、大量生産に適している。大量生産により、製造コストを大幅に削減することができる。
【００５１】
電線５に含まれる磁性体の磁化Ｍは、既出の図７〜図９で示されたように設定されることが好適である。すなわち、磁性体の磁化Ｍを、軸方向Ｓと直交する方向の成分を含むように設定することが好適である。そのような磁化Ｍは、例えば、電線５を熱源ＨＳと熱的に結合するように配置した後、全体を磁化することにより実現される。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
（付記１）
電線を具備し、
前記電線は、
前記電線の軸方向に延在する第１部材と、
前記第１部材の外周面の少なくとも一部を覆うように前記軸方向に延在する第２部材と
を備え、
前記第１部材と前記第２部材の一方は、磁性体であり、
前記第１部材と前記第２部材の他方は、スピン軌道相互作用を発現する材料で形成された導電体である
熱電変換素子。
【００５５】
（付記２）
付記１に記載の熱電変換素子であって、
前記磁性体の磁化は、前記軸方向と直交する方向の成分を含んでいる
熱電変換素子。
【００５６】
（付記３）
付記２に記載の熱電変換素子であって、
前記電線が熱源と熱的に結合するように配置されている際の前記熱源から前記電線へ向かう方向は、第１方向であり、
前記磁性体の前記磁化は、前記軸方向及び前記第１方向の両方に直交する方向の成分を含んでいる
熱電変換素子。
【００５７】
（付記４）
付記１乃至３のいずれか一項に記載の熱電変換素子であって、
更に、
第１位置における前記導電体と電気的に接続された第１電極と、
前記第１位置とは異なる第２位置における前記導電体と電気的に接続された第２電極と
を具備する
熱電変換素子。
【００５８】
（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、
前記電線は、更に、
前記第２部材の外周面を覆うように前記軸方向に延在する絶縁体
を備える
熱電変換素子。
【００５９】
（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、
前記電線は、更に、
前記第１部材の内側において前記軸方向に延在する芯材
を備える
熱電変換素子。
【００６０】
（付記７）
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、
前記第１部材の内部には、前記軸方向に延在する空洞が形成された
熱電変換素子。
【００６１】
（付記８）
付記１乃至７のいずれか一項に記載の熱電変換素子であって、
前記電線は、曲げられており、互いに隣接する部分を含んでいる
熱電変換素子。
【００６２】
（付記９）
付記８に記載の熱電変換素子であって、
前記電線が、物体の周りに巻き付けられている
熱電変換素子。
【００６３】
（付記１０）
付記１乃至９のいずれか一項に記載の熱電変換素子であって、
前記電線の数は複数であり、
前記複数の電線同士が並列に接続されている
熱電変換素子。
【００６４】
（付記１１）
付記１乃至１０のいずれか一項に記載の熱電変換素子と、
前記熱電変換素子の前記電線と熱的に結合するように配置された熱源と
を具備する
熱電変換システム。
【００６５】
（付記１２）
付記１１に記載の熱電変換システムであって、
前記熱電変換素子の前記電線は、前記熱源の周りに巻き付けられている
熱電変換システム。
【００６６】
（付記１３）
付記１２に記載の熱電変換システムであって、
前記熱電変換素子の前記電線は、互いに隣接する部分を含んでいる
熱電変換システム。
【００６７】
（付記１４）
電線を形成するステップを含み、
前記電線を形成するステップは、
前記電線の軸方向に延在する第１部材を形成するステップと、
前記第１部材の外周面の少なくとも一部を覆うように前記軸方向に延在する第２部材を形成するステップと
を含み、
前記第１部材と前記第２部材の一方は、磁性体であり、
前記第１部材と前記第２部材の他方は、スピン軌道相互作用を発現する材料で形成された導電体である
熱電変換素子の製造方法。
【００６８】
（付記１５）
付記１４に記載の熱電変換素子の製造方法であって、
更に、
前記軸方向と直交する方向の成分を含むように前記磁性体の磁化を設定するステップ
を含む
熱電変換素子の製造方法。
【００６９】
（付記１６）
付記１５に記載の熱電変換素子の製造方法であって、
更に、
熱源と熱的に結合するように前記電線を配置するステップ
を含み、
前記熱源から前記電線へ向かう方向は、第１方向であり、
前記磁性体の前記磁化を設定するステップにおいて、前記磁性体の前記磁化は、前記軸方向及び前記第１方向の両方に直交する方向の成分を含むように設定される
熱電変換素子の製造方法。
【００７０】
本出願は、２０１２年４月４日に出願された日本国特許出願２０１２−０８５９２５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５】
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【図７】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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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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【国際調査報告】
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