(57)【要約】【課題】材料選択の幅が広く、軟磁性材料を用いて作製することが可能である、異常ネルンスト効果を利用する熱電素子を提供する。【解決手段】異常ネルンスト効果を用いる磁気熱電素子が、一定の方向に磁化された軟磁性体からなる発電部２ａと、発電部２ａの磁化を固定する磁化固定部材２ｂと、を含む。【選択図】図１Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の方向に磁化された軟磁性体からなる発電部と、前記発電部の磁化を固定する磁化固定部材と、を含む、異常ネルンスト効果を用いる磁気熱電素子。
【請求項２】
前記発電部は長手方向を有し、前記長手方向に交差する方向に磁化されている、請求項１に記載の磁気熱電素子。
【請求項３】
複数の前記発電部が並列に配置されており、配線層によって電気的に直列に接続されている、請求項１または２に記載の磁気熱電素子。
【請求項４】
前記磁化固定部材は、前記発電部と積層されている反強磁性体層である、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気熱電素子。
【請求項５】
前記反強磁性体層は絶縁体または半導体からなる、請求項４に記載の磁気熱電素子。
【請求項６】
基板上に前記発電部が形成され、前記発電部の上に前記反強磁性体層が積層されている、請求項４または５に記載の磁気熱電素子。
【請求項７】
基板上に前記反強磁性体層が形成され、前記反強磁性体層の上に前記発電部が積層されている、請求項４または５に記載の磁気熱電素子。
【請求項８】
前記磁化固定部材は、前記発電部に隣接して配置されており前記発電部と同じ方向に磁化されている硬磁性体からなる磁場バイアス層である、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気熱電素子。
【請求項９】
前記磁化固定部材は、前記発電部に隣接して配置されており前記発電部と同じ方向に磁化されている軟磁性体層と前記軟磁性体層と積層されている反強磁性体層とを含む多層構造の磁場バイアス層である、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気熱電素子。
【請求項１０】
基板上に前記反強磁性体層が形成され、前記反強磁性体層の上に前記軟磁性体層が積層されて、前記磁場バイアス層が形成されている、請求項９に記載の磁気熱電素子。
【請求項１１】
基板上に前記軟磁性体層が形成され、前記軟磁性体層の上に前記反強磁性体層が積層されて、前記磁場バイアス層が形成されている、請求項９に記載の磁気熱電素子。
【請求項１２】
基板上に前記反強磁性体層が形成され、前記反強磁性体層の上に前記軟磁性体層が積層され、前記軟磁性体層の上にもう１つの反強磁性体層が積層されて、前記磁場バイアス層が形成されている、請求項９に記載の磁気熱電素子。
【請求項１３】
複数の前記磁場バイアス層が互いに並列に、かつ複数の前記発電部と並列に配置されており、個々の前記発電部は、隣り合う前記磁場バイアス層同士の間にそれぞれ位置している、請求項８から１２のいずれか１項に記載の磁気熱電素子。
【請求項１４】
一定の方向に磁化された軟磁性体からなる発電部の磁化を、磁化固定部材によって固定することと、
前記発電部に、前記発電部の長手方向と磁化方向とにそれぞれ交差する方向の温度勾配を付与して、異常ネルンスト効果を発現させることと、を含む発電方法。
【請求項１５】
前記発電部を前記長手方向に交差する方向に予め磁化しておく、請求項１４に記載の発電方法。
【請求項１６】
前記磁化固定部材として、前記発電部と積層されている反強磁性体層を用いる、請求項１４または１５に記載の発電方法。
【請求項１７】
前記磁化固定部材として、前記発電部に隣接して配置されており前記発電部と同じ方向に磁化されている硬磁性体からなる磁場バイアス層を用いる、請求項１４または１５に記載の発電方法。
【請求項１８】
前記磁化固定部材として、前記発電部に隣接して配置されており前記発電部と同じ方向に磁化されている軟磁性体層と前記軟磁性体層と積層されている反強磁性体層とを含む多層構造の磁場バイアス層を用いる、請求項１４または１５に記載の発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気熱電素子および発電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー問題は人類の抱える大きな問題であり、環境中に存在するエネルギーを電力に変換する技術が強く求められている。特に、ＩｏＴ（Internet of Things）社会を実現するためにはあらゆるデバイスに対する電力供給源の確保が大きな課題となっており、その観点から、環境中のエネルギーを電力供給源として活用する技術への期待は大きい。
【０００３】
環境中のエネルギーを電力に変換するデバイスとして、ゼーベック効果（Seebeck Effect：ＳＥ）を利用する熱電素子が世の中に広く知られている（非特許文献１，２）。ゼーベック効果とは、物体の温度差が電圧に変換される現象であり、一例としては、互いに接合された２つの異なる導体のうちの一方を加熱すると、熱流方向と同じ方向に起電力が生じる。ゼーベック効果を利用する熱電素子の起電力は、ゼーベック係数と温度勾配によって決まり、キャリアの種類（電子またはホール）によってゼーベック係数の符号、ひいては起電力の符号が異なる。このようなゼーベック効果を利用する熱電素子は既に実用化されているが、広く普及するまでには至っていない。ゼーベック効果を利用する熱電素子が普及しない原因は、一般的にＰｂ，Ｂｉ，Ｔｅなど毒性の高い材料が用いられるため環境負荷が大きいこと、Ｔｅなどの希少金属が用いられるため高価であると共に供給が不安定であること、温度差の大きさのわりに発電量が小さいこと、構造が複雑であることなどが挙げられる。
【０００４】
ゼーベック効果に代わる熱電効果として、ネルンスト効果（Nernst Effect：ＮＥ）が知られている。これは、導体に温度勾配を生じさせた状態で、温度勾配方向（熱流方向）に交差（好ましくは直交）する方向に磁場を加えると、温度勾配方向と磁場方向の双方に直交する方向に起電力が生じる現象である。ネルンスト効果は、原理的にゼーベック効果よりも高効率であると言われている（非特許文献３）。実際に、ネルンスト効果の逆過程であるエッチングスハウゼン効果は、ゼーベック効果の逆過程であるペルチェ効果を凌ぐ効率が得られていることから、ネルンスト効果の効率の高さが証明されている（非特許文献４）。しかし、ネルンスト効果を発現させるためには強磁場が必要であることが大きな障害となり、ネルンスト効果を利用する熱電素子は未だ実用化されておらず、研究開発も活発ではない。
【０００５】
そこで、外部磁場ではなく材料の異方性磁化を利用する異常ネルンスト効果（Anomalous Nernst Effect：ＡＮＥ）が注目されている。異常ネルンスト効果の定義は必ずしも統一されていないが、ここでは「磁性体の磁化方向に対して垂直な方向に温度勾配が存在するときに、磁化方向と温度勾配方向の双方に対して垂直な方向に起電力が生じる現象」と定義する。その起電力ＥANEは以下の式で表される。
ＥANE＝ＱANE（μ0Ｍ×∇Ｔ）
ＱANE：異常ネルンスト係数
ＥANE：異常ネルンスト起電力
∇Ｔ：温度勾配
Ｍ：磁化
μ0：真空の透磁率
【０００６】
異常ネルンスト効果はネルンスト効果と同じく、ゼーベック効果よりも高い効率が期待できる。近年、異常ネルンスト効果を利用する熱電素子として、ＦｅＰｔやＭｎＧａからなる発電部を有する熱電素子が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−７２２５６号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】熱電発電モジュール（熱電発電素子）  ヤマハ株式会社  http://www.yamaha.co.jp/product/thermoelectric_cooler/generator/
【非特許文献２】THERMO GENERATION MODULE  株式会社ＫＥＬＫ  http://www.kelk.co.jp/generation/index.html
【非特許文献３】「熱電変換研究と核融合」  山口作太郎  Journal of Plasma and Fusion Research  19〜35頁  Vol．78，No．l  January 2002
【非特許文献４】「４．４磁気効果応用素子」  環境調和型新材料シリーズ 熱電変換材料  公益社団法人日本セラミック協会・一般社団法人日本熱電学会編、2005年10月31日発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示されている異常ネルンスト効果を利用する熱電素子は、残留磁化を有する硬磁性体を用いて作製されており、材料選択の幅が小さい。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、材料選択の幅が広く、軟磁性材料を用いて作製することが可能である、異常ネルンスト効果を利用する熱電素子と、それを用いる発電方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の異常ネルンスト効果を用いる磁気熱電素子は、一定の方向に磁化された軟磁性体からなる発電部と、発電部の磁化を固定する磁化固定部材と、を含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、軟磁性材料を用いて異常ネルンスト効果の大きい熱電素子を作製することができるため、材料選択の幅が広がる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態の磁気熱電素子の平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す磁気熱電素子の要部の縦断面図である。
【図２】図１に示す磁気熱電素子の発電時の電圧測定状態を示す説明図である。
【図３】図１に示す磁気熱電素子の製造方法の一工程を示す斜視図である。
【図４】図１に示す磁気熱電素子の製造方法の、図３に示す工程に続く工程を示す斜視図である。
【図５】図１に示す磁気熱電素子の製造方法の、図４に示す工程に続く工程を示す平面図である。
【図６】図１に示す磁気熱電素子の磁化曲線を示すグラフである。
【図７】本発明の第１の実施形態の磁気熱電素子の変形例の要部の縦断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態の磁気熱電素子の他の変形例の要部の縦断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の磁気熱電素子の変形例の要部の縦断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態の磁気熱電素子の要部の縦断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態の磁気熱電素子の変形例の要部の縦断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態の磁気熱電素子の他の変形例の要部の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
本発明の第１の実施形態の磁気熱電素子を図１Ａ，１Ｂに示している。図１Ａは磁気熱電素子の平面図であり、図１Ｂは、磁気熱電素子の１対の積層体２とそれらの間の配線層３を含む領域を示す縦断面図である。この磁気熱電素子では、ＭｇＯなどからなる基板１の上に、複数の短冊状の積層体２が並列に（好ましくは互いに平行に並べて）配置されている。積層体２は、基板１上に形成された軟磁性体からなる発電部２ａと、各発電部２ａの上に積層された磁化固定部材である反強磁性体層２ｂとによって構成されている。発電部２ａと反強磁性体層２ｂは、長手方向を有する同一の平面形状を有している。各発電部２ａは、金などからなる配線層３によって直列に接続されている。配線層３の主要部は、各積層体２の長手方向（矢印Ａの方向）と並列に（好ましくは平行に）延びている。配線層３の両端部はそれぞれ電極３ａを構成している。
【００１５】
発電部２ａを構成する軟磁性体は強磁性体である。発電部２ａは、それぞれの長手方向Ａに交差(好ましくは直交)する一定の方向（矢印Ｂの方向）に磁化されており、この磁化は、発電部２ａの上に形成されている反強磁性体層２ｂによって固定されている。発電部２ａを構成する軟磁性体の一例としてはＮｉＦｅが挙げられ、反強磁性体層２ｂの一例としてはＮｉＯが挙げられる。
【００１６】
このようにして作製された本発明の磁気熱電素子の異常ネルンスト効果を確認するために、図２に示すように、両電極３ａ間に外部配線４を介して電圧計５を取り付け、基板１の表面と裏面とに温度差を設けた。すなわち、何らかの発熱手段（図示せず）を用いて基板１の表面または裏面を加熱し、基板１の板面に垂直な方向（板厚方向）Ｃに温度勾配（熱流）を生じさせた。それによって、長手方向Ａに交差する方向Ｂに磁化された軟磁性体からなる発電部２の長手方向Ａと磁化方向Ｂとにそれぞれ交差(好ましくは直交)する方向Ｃに温度勾配が生じることにより、異常ネルンスト効果が発現し、磁化方向Ｂと温度勾配方向（熱流方向）Ｃとにそれぞれ交差する方向、すなわち発電部２ａの長手方向Ａに起電力が生じる。この起電力による電圧を電圧計５によって測定した結果を表１に示している。
【表１】
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【００１７】
異常ネルンスト効果が発現している複数の発電部２において同様に起電力が生じ、これらの発電部２が配線層３によって直列に接続されているため、磁気熱電素子全体として表１に示す電圧が発生している。
【００１８】
この磁気熱電素子の製造方法の一例について説明する。まず、図３に示すように、ＭｇＯなどからなる基板１の上に、厚さ５ｎｍのＮｉＦｅ薄膜（発電部２ａ）を積層し、さらにその上に、厚さ５０ｎｍのＮｉＯ薄膜（反強磁性体層２ｂ）を積層する。次に、基板１上の発電部２ａおよび反強磁性体層２ｂを一括して切削し、図４に示すように、幅が２ｍｍで長さが１５ｍｍの長方形状の平面形状を有する短冊状の積層体２を、２ｍｍ間隔で並ぶように複数形成する。このように短冊状の複数の積層体２が形成された基板１を真空環境下におき、図５に示すように、発電部２ａに対して、幅方向Ｂ（長手方向を横切る方向）に１０ｋＯｅの磁場を印加しながら、２１０℃に加熱して３時間保持する。これにより、発電部２ａを構成している軟磁性体であるＮｉＦｅを磁化する。それから、複数の発電部２ａを電気的に直列に接続するように、Ａｕからなる配線層３を形成する（図１Ａ，１Ｂ参照）。配線層３の主要部は、短冊状の積層体２と積層体２の間に位置して積層体２の長手方向Ａと並列に延びている。配線層３の両端部は、基板１の端部に位置し、幅広になって幅方向に延びる電極３ａをそれぞれ構成している。
【００１９】
軟磁性体は、一般に、体積あたりの磁化が大きく、効率良く磁化して大きな異常ネルンスト効果を発現する磁気熱電素子を形成することができる。しかし、その一方で、軟磁性体は保持力が小さいため、異常ネルンスト効果を発現するための磁化を長期間に亘って維持できない可能性がある。そこで、本実施形態では、発電部２ａを構成する軟磁性体に接触して軟磁性体と交換結合する反強磁性体層２ｂを磁化固定部材として設け、互いに重なり合う軟磁性体２ａと反強磁性体層２ｂとによって２層構造の積層体２を形成して、磁気熱電素子を作製している。このように、ＭｇＯからなる基板１の上に形成された、発電部（軟磁性体）２ａと磁化固定部材（反強磁性体層２ｂ）とからなる２層構造の積層体２の磁化曲線（ＶＳＭ：Vibrating Sample Magnetometer曲線）を図６に示している。図６に示すように、発電部２ａを構成する軟磁性体（ＮｉＦｅ）と磁化固定部材である反強磁性体層２ｂ（ＮｉＯ）との交換結合磁界Ｈexは約６５Ｏｅである。すなわち、外部磁界が６５Ｏｅ以下であれば、発電部２ａ（ＮｉＦｅ）の磁化が、予め固定された方向を向いたままに保たれる。従って、本実施形態の磁気熱電素子では、軟磁性体の本来の特性を活かして発電部２ａを効率良く磁化して大きな異常ネルンスト効果の発現を可能にするとともに、大きな外部磁界が加わらない限り、反強磁性体層２ｂとの交換結合によって発電部２ａの軟磁性体の磁化方向が維持されるため、長期間に亘って大きな異常ネルンスト効果を発現でき、起電力の向きや大きさが変化することはない。
【００２０】
発電部２ａを構成する軟磁性体は前述したＮｉＦｅに限られず、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，ＣｏＦｅ，ＣｏＮｉ，ＦｅＣｏＮｉ，ＦｅＳｉ，ＦｅＣｏＳｉ，ＦｅＳｉＡｌ，ＣｏＺｒＮｂ，ＣｏＴａＣ，ＦｅＣｏＳｉＢ，ＣｏＳｍ，ＦｅＢ，ＣｏＢ，ＦｅＣｏＢ，ＦｅＢＣ，ＦｅＳｉＢ，ＦｅＳｉＢＣ，ＦｅＣｏＳｉＢ，ＣｏＦｅＣｒＳｉＢ，ＣｏＦｅＮｉＮｂＳｉＢ，ＣｏＦｅＮｉＳｉＢ，ＣｏＣｒＺｒ，ＦｅＮｉＰＢ，ＦｅＮｉＭｏＢ，ＦｅＮｉＳｉＢ，ＦｅＳｉＣｒＢ，ＣｏＦｅＮｉＭｏＳｉＢ，ＣｏＦｅＮｉＳｉＢ，ＮｉＦｅＭｏＢ，ＦｅＣｕＭＢ（ＭはＳｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｚｒ，Ｈｆなどから選択される），ＦｅＣｕＭＳｉＢ（ＭはＮｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｚｒ，Ｈｆなどから選択される），ＦｅＡｕＮｂＳｉＢ，ＦｅＭＢ（ＭはＨｆ，Ｚｒ，Ｎｂなどから選択される），ＦｅＣｕＰＣＭ（ＭはＧｅ，Ｓｉ，Ｍｏなどから選択される），ＦｅＡｌＳｉＮｂＢ，ＦｅＧａＳｉＮｂＢ，ＦｅＣｏＣｕＭＢ（ＭはＺｒまたはＨｆ），ＦｅＮｂＢ，ＦｅＺｒＢなどであってもよい。これらの化合物の組成比は任意に決定すればよい。
【００２１】
磁化固定部材である反強磁性体層２ｂを構成する材料は、前述したＮｉＯに限られず、適切なブロッキング温度（磁性体との交換結合が失われる温度、本実施形態では例えば２００〜２５０℃程度）を有する反強磁性体であれば同様の効果が期待できる。具体的には、Ｃｒ2Ｏ3，Ｆｅ2Ｏ3，ＣｏＯ，ＦｅＦ2，ＣｕＦｅＳ2，ＰｔＭｎ，ＩｒＭｎ，ＦｅＭｎ，ＰｄＭｎ，ＰｄＰｔＭｎ，ＮｉＭｎ，ＲｈＭｎ，ＣｒＡｌ，ＣｒＭｎＰｔ，ＣｒＭｎＩｒ，ＴｂＣｏ，ＭｎＮ，ＭｎＶＡｌ，ＮｉＭｎＡｌ，ＰｔＭｎＧａ，ＲｕＭｎＧｅ，ＲｕＭｎＳｉなどであってもよい。これらの化合物の組成比は任意に決定すればよい。ただし反強磁性体層２ｂの導電性が大きいと、起電力が発生しても発電部２ａから外部に電力を取り出すことが困難になるため、反強磁性体層２ｂは絶縁体または半導体から構成されることがより好ましい。
【００２２】
本実施形態の磁気熱電素子の変形例を図７に示している。この磁気熱電素子は、２層構造の積層体６を有しており、積層体６は、基板１の上に形成された磁化固定部材である反強磁性体層６ｂ（例えばＮｉＯ層）と、反強磁性体層６ｂの上にさらに積層された軟磁性体からなる発電部６ａ（例えばＮｉＦｅ層）とからなる。すなわち、前述した構成（図１Ｂ参照）から、磁化固定部材（反強磁性体層）と発電部（軟磁性体）の積層方向（上下方向）の位置（積層順）を入れ替えた構成である。このように、２層構造の積層体２，６を構成する発電部（軟磁性体）２ａ，６ａと反強磁性体層２ｂ，６ｂは、どちらが基板１に接する側に設けられていても構わない。また、図８に示すように、積層体７が、基板１側から見て反強磁性体層（磁化固定部材）７ｂ，軟磁性体層（発電部７ａ）、もう１つの反強磁性体層（磁化固定部材）７ｂの順番に積層され、１対の反強磁性体層７ｂによって軟磁性体層７ａが挟まれた３層構造であってもよい。さらに、図示しないが、本実施形態の積層体は４層以上の多層構造であってもよい。
【００２３】
本発明の第２の実施形態の磁気熱電素子の要部を図９に示している。この磁気熱電素子では、ＭｇＯなどからなる基板１の上に、配線層３によって直列に接続されている軟磁性体からなる発電部８が形成され、基板１上で発電部８に隣接する位置に、硬磁性体からなる磁化固定部材である磁場バイアス層９が形成されている。複数の磁場バイアス層９は互いに並列に（好ましくは平行に）、かつ発電部８と並列に（好ましくは平行に）並べて配置されており、個々の発電部８は、隣り合う磁場バイアス層９同士の間にそれぞれ位置している。図９は、１対の磁場バイアス層９とそれらの間の発電部８を含む領域を示す縦断面図である。磁場バイアス層９を構成する硬磁性体は、発電部８と同じ方向Ｂに予め磁化されている。この構成によると、発電部８を構成する軟磁性体の磁化方向は、隣接する硬磁性体からなる磁場バイアス層９によって維持されるため、第１の実施形態と同様の効果が得られる。電力を効率よく外部に供給するために、磁場バイアス層９を構成する硬磁性体は絶縁体であるか、あるいは発電部８に対して電気的に絶縁されている。本実施形態によると、外部磁場変動に対する耐性に優れるという利点がある。磁化固定部材である磁場バイアス層９を構成する硬磁性体としては、ＦｅＰｔ，ＣｏＰｔ，ＣｏＣｒＰｔ，ＦｅＣｏＣｒ，ＦｅＡｌＮｉＣｏ，ＳｍＣｏ，ＮｄＦｅＢＭｎＡｓ，ＭｎＳｂ，ＭｎＢｉ，ＭｎＡｌ，ＭｎＧａ，ＭｎＧｅ，ＰｔＭｎＢｉ，ＣｒＯ2，ＣｒＴｅ，ＣｄＣｒＳｅなどが挙げられる。これらの化合物の組成比は任意に決定すればよい。
【００２４】
本発明の第３の実施形態の磁気熱電素子を図１０に示している。この磁気熱電素子では、ＭｇＯなどからなる基板１の上に、導電層３によって直列に接続されている軟磁性体からなる発電部８が形成され、基板１上で発電部８に隣接する位置に、軟磁性体層１０ａと反強磁性体層１０ｂとからなる、磁化固定部材である２層構造の磁場バイアス層１０が形成されている。磁場バイアス層１０の軟磁性体層１０ａは、発電部８を構成する軟磁性体と同じ方向Ｂに予め磁化されており、反強磁性体層１０ｂによって磁化が強く保持されている。発電部８を構成する軟磁性体の磁化方向は、隣接する磁場バイアス層１０によって維持されるため、第１の実施形態と同様の効果が得られる。この構成では、磁場バイアス層１０の反強磁性体層１０ｂは絶縁性である必要はなく、導電性の材料であってもよい。
【００２５】
図１１に示す本実施形態の変形例では、磁場バイアス層の軟磁性体層と反強磁性体層の積層方向（上下方向）の位置（積層順）が入れ替えられている。すなわち、この変形例の２層構造の磁場バイアス層１１は、基板１の上に形成された反強磁性体層１１ｂ（例えばＮｉＯ層）と、反強磁性体層１１ｂの上にさらに積層された軟磁性体層１１ａ（例えばＮｉＦｅ層）とからなる。このように、磁化固定部材である２層構造の磁場バイアス層９，１１は、軟磁性体層９ａ，１１ａと反強磁性体層９ｂ，１１ｂのどちらが基板１に接する側に設けられていても構わない。
【００２６】
また、図１２に示すように、磁化固定部材である磁場バイアス層１２が、例えば、基板１側から見て反強磁性体層１２ｂ、軟磁性体層１２ａ、もう１つの反強磁性体層１２ｂの順番に積層され、１対の反強磁性体層１２ｂによって軟磁性体層１２ａが挟まれた３層構造であってもよい。さらに、磁場バイアス層は４層以上の多層構造であってもよい。
【００２７】
このように、本発明では、発電部の磁化を固定するための磁化固定部材が設けられているため、発電部の磁化および磁化方向が長期間にわたって維持されやすく、発電部を軟磁性体によって構成することが可能である。言い換えると、磁化が失われやすいという軟磁性体の問題点を、磁化固定部材を設けることによって解消することにより、軟磁性体からなる発電部を実現している。そして、軟磁性体の、体積あたりの磁化が大きいという利点を活かして、効率良く発電部を磁化することができるとともに、硬磁性体に比べて結晶構造の自由度が大きいという利点を活かして、異常ネルンスト効果の発現に最適な結晶構造を選択できるという効果が得られる。その結果、本発明によると、異常ネルンスト効果の発現に有利な磁気熱電素子が実現する。
【００２８】
本発明によると、従来は採用が困難であった軟磁性体によって発電部を構成することにより、材料選択の幅が広がるため、異常ネルンスト効果の大きさ（効率）や、環境負荷の低さや、安価さ等の様々な要件を考慮して、最適な材料の発電部を有する磁気熱電素子を作製することが可能になる。
【００２９】
これらの磁気熱電素子を用いる発電方法について説明すると、軟磁性体からなる発電部２ａ，６ａ，７，８を、それらの長手方向Ａに交差（好ましくは直交）する方向Ｂに予め磁化しておき、この発電部の磁化を、磁化固定部材によって固定する。そして、発電部に、発電部の長手方向Ａと磁化方向Ｂとにそれぞれ交差（好ましくは直交）する方向Ｃの温度勾配を付与する。一例としては、磁気熱電素子の外部の何らかの設備や機器の廃熱を利用して、基板１の一方の面を加熱する。それによって異常ネルンスト効果を発現させ、発電部の長手方向Ａに沿う起電力を発生させる。この電力は、配線層３および電極３ａを介して取り出される。磁化固定部材は、図１Ｂ，３，４，７，８に示すように、発電部２ａ，６ａ，７ａと積層されている反強磁性体層２ｂ，６ｂ，７ｂであってよい。また、磁化固定部材は、図９に示すように発電部８に隣接して配置されており発電部８と同じ方向に磁化されている硬磁性体からなる磁場バイアス層９であってもよい。さらに、磁化固定部材は、図１０〜１２に示すように、発電部８に隣接して配置されており発電部８と同じ方向Ｂに磁化されている軟磁性体層１０ａ，１１ａ，１２ａとその軟磁性体層１０ａ，１１ａ，１２ａと積層されている反強磁性体層１０ｂ，１１ｂ，１２ｂとを含む多層構造の磁場バイアス層１０，１１，１２であってもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１    基板
２，６，７    積層体
２ａ，６ａ，７ａ，８    軟磁性体からなる発電部
２ｂ，６ｂ，７ｂ        反強磁性体層（磁化固定部材）
３    配線層
３ａ  電極
４    外部配線
５    電圧計
６    積層体
９，１０，１１，１２    磁場バイアス層（磁化固定部材）
１０ａ，１１ａ，１２ａ  軟磁性体層
１０ｂ，１１ｂ，１２ｂ  反強磁性体層
Ａ    長手方向
Ｂ    磁化方向
Ｃ    温度勾配方向（熱流方向）
【図１Ａ】
2018078147.tif 000004
【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2018078147.tif 000008
【図５】
2018078147.tif 000009
【図６】
2018078147.tif 000010
【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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