(57)【要約】【課題】磁気トンネル接合素子を電力貯蔵用途として利用するにあたり、電力保持のために外部エネルギーを必要としないスピン電池を提供する。【解決手段】本発明のスピン電池は、第１の電極（１１１）と、第２の電極（１１４）とを備え、磁場が印加されたとき、磁気的なゼーマンエネルギーを保持し、かつ、外部負荷が前記第１の電極（１１１）と前記第２の電極（１１４）に接続されたとき、前記ゼーマンエネルギーを電気エネルギーに変換し、前記電気エネルギーを前記外部負荷へ供給する磁気トンネル接合素子（１１０）と、前記磁気トンネル接合素子（１１０）中の前記ゼーマンエネルギーを保持するための磁場を印加する磁石（１３０，１４０）と、を有することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と、第２の電極とを備え、磁場が印加されたとき、磁気的なゼーマンエネルギーを保持し、かつ、外部負荷が前記第１の電極と前記第２の電極に接続されたとき、前記ゼーマンエネルギーを電気エネルギーに変換し、前記電気エネルギーを前記外部負荷へ供給する磁気トンネル接合素子と、
前記磁気トンネル接合素子中の前記ゼーマンエネルギーを保持するための磁場を印加する磁石と、を有することを特徴とするスピン電池。
【請求項２】
第１の電極と、第２の電極とを備え、磁場が印加されたとき、磁気的なゼーマンエネルギーを保持し、かつ、外部負荷が前記第１の電極と前記第２の電極に接続されたとき、前記ゼーマンエネルギーを電気エネルギーに変換し、前記電気エネルギーを前記外部負荷へ供給する磁気トンネル接合素子と、
前記磁気トンネル接合素子に磁界を印加するコイルと、
前記コイルによって印加される磁界と同じ向きの磁界を、前記磁気トンネル接合素子に印加する永久磁石と、を有することを特徴とするスピン電池。
【請求項３】
第１の電極と、第２の電極とを備え、磁場が印加されたとき、磁気的なゼーマンエネルギーを保持し、かつ、外部負荷が前記第１の電極と前記第２の電極に接続されたとき、前記ゼーマンエネルギーを電気エネルギーに変換し、前記電気エネルギーを前記外部負荷へ供給する磁気トンネル接合素子と、
前記磁気トンネル接合素子に磁界を印加する超伝導コイルと、
前記超伝導コイルを永久電流モードとして使用可能とする永久電流モードスイッチと、を有することを特徴とするスピン電池。
【請求項４】
第１の電極と、第２の電極とを備え、磁場が印加されたとき、磁気的なゼーマンエネルギーを保持し、かつ、外部負荷が前記第１の電極と前記第２の電極に接続されたとき、前記ゼーマンエネルギーを電気エネルギーに変換し、前記電気エネルギーを前記外部負荷へ供給する磁気トンネル接合素子と、前記磁気トンネル接合素子中の前記ゼーマンエネルギーを保持する磁石と、を有し、前記第１の電極と前記第２の電極とから電気エネルギーを取り出すスピン電池を充電する方法であって、
前記ゼーマンエネルギーが０でないときに、前記磁気トンネル接合素子を加熱する第１ステップと、
前記第１ステップの後に、前記磁気トンネル接合素子に印加する磁界を増強して充電を行う第２ステップと、からなることを特徴とするスピン電池の充電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気的なゼーマンエネルギーを電気エネルギーに変換する種類の磁気トンネル接合素子に電力を貯蔵して、これを電池のごとく利用可能とするスピン電池、及び、このようなスピン電池の充電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在のエレクトロニクスを支えている様々なデバイスの基本原理は、電子の電荷を制御して、デバイスに何らかの機能を付与するものであった。これに対して、動作原理として電子のスピンを制御して、デバイスに何らかの機能を付与する技術が、スピントロニクスと呼ばれ、近年注目されている。
【０００３】
上記のようなスピントロニクスの分野においては、電子スピンの制御により、電磁エネルギーを貯蔵しようとする試みが提案されている。例えば、特許文献１（特開２００９−２４５９５９号公報）には、磁化方向の固定された強磁性層である磁化固定層、磁化方向を比較的容易に変化させられる強磁性層である磁化フリー層、前記磁化固定層と前記磁化フリー層とを磁気的に絶縁する非磁性中間層が積層された積層素子と、前記積層素子が内側に位置するように配置されたコイルとを備えたことを特徴とするスピンダイナミクスを利用した電磁エネルギー蓄積・放出デバイスが開示されている。
【特許文献１】特開２００９−２４５９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の技術においては、交流磁場を積層素子に印加することによって、出力電圧を得るものであり、交流磁場を印加するためにエネルギーが常に必要であり、電力貯蔵用途として利用することができない、という問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題を解決するために、請求項１に係る発明は、第１の電極と、第２の電極とを備え、磁場が印加されたとき、磁気的なゼーマンエネルギーを保持し、かつ、外部負荷が前記第１の電極と前記第２の電極に接続されたとき、前記ゼーマンエネルギーを電気エネルギーに変換し、前記電気エネルギーを前記外部負荷へ供給する磁気トンネル接合素子と、前記磁気トンネル接合素子中の前記ゼーマンエネルギーを保持するための磁場を印加する磁石と、を有することを特徴とするスピン電池である。
【０００６】
また、請求項２に係る発明は、第１の電極と、第２の電極とを備え、磁場が印加されたとき、磁気的なゼーマンエネルギーを保持し、かつ、外部負荷が前記第１の電極と前記第２の電極に接続されたとき、前記ゼーマンエネルギーを電気エネルギーに変換し、前記電気エネルギーを前記外部負荷へ供給する磁気トンネル接合素子と、前記磁気トンネル接合素子に磁界を印加するコイルと、前記コイルによって印加される磁界と同じ向きの磁界を、前記磁気トンネル接合素子に印加する永久磁石と、を有することを特徴とするスピン電池である。
【０００７】
また、請求項３に係る発明は、第１の電極と、第２の電極とを備え、磁場が印加されたとき、磁気的なゼーマンエネルギーを保持し、かつ、外部負荷が前記第１の電極と前記第２の電極に接続されたとき、前記ゼーマンエネルギーを電気エネルギーに変換し、前記電気エネルギーを前記外部負荷へ供給する磁気トンネル接合素子と、前記磁気トンネル接合素子に磁界を印加する超伝導コイルと、前記超伝導コイルを永久電流モードとして使用可
能とする永久電流モードスイッチと、を有することを特徴とするスピン電池である。
【０００８】
また、請求項４に係る発明は、第１の電極と、第２の電極とを備え、磁場が印加されたとき、磁気的なゼーマンエネルギーを保持し、かつ、外部負荷が前記第１の電極と前記第２の電極に接続されたとき、前記ゼーマンエネルギーを電気エネルギーに変換し、前記電気エネルギーを前記外部負荷へ供給する磁気トンネル接合素子と、前記磁気トンネル接合素子中の前記ゼーマンエネルギーを保持する磁石と、を有し、前記第１の電極と前記第２の電極とから電気エネルギーを取り出すスピン電池を充電する方法であって、前記ゼーマンエネルギーが０でないときに、前記磁気トンネル接合素子を加熱する第１ステップと、前記第１ステップの後に、前記磁気トンネル接合素子に印加する磁界を増強して充電を行う第２ステップと、からなることを特徴とするスピン電池の充電方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るスピン電池及びその充電方法においては、永久磁石や超伝導コイルによる静磁場で、磁気トンネル接合素子中の磁気的なゼーマンエネルギーを保持するものであるので、本発明に係るスピン電池によれば、磁気的なゼーマンエネルギーを保持するために外部からエネルギーを投入する必要なく、磁気トンネル接合素子を電力貯蔵用途として利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスピン電池１００の概要を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るスピン電池１００の充電時の様子を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るスピン電池１００の初期状態を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るスピン電池１００の充電中の状態を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るスピン電池１００の貯蔵状態を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係るスピン電池１００の放電中の状態を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係るスピン電池１００のリセット動作の一例を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るスピン電池１００の概要を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るスピン電池１００の充電時の様子を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係るスピン電池１００の概要を示す図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係るスピン電池１００の充電時の様子を示す図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係るスピン電池１００の初期状態を示す図である。
【図１３】本発明の第４実施形態に係るスピン電池１００の充電中の状態を示す図である。
【図１４】本発明の第４実施形態に係るスピン電池１００の貯蔵状態を示す図である。
【図１５】本発明の第４実施形態に係るスピン電池１００の放電中の状態を示す図である。
【図１６】本発明の第４実施形態に係るスピン電池１００のリセット動作の一例を示す図である。
【図１７】本発明の第５実施形態に係るスピン電池１００の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の第１実施形態に係るスピン電池１００の概要を示す図であり、図２は本発明の第１実施形態に係るスピン電池１００の電力貯蔵時の様子を示す図である。
【００１２】
本実施形態に係るスピン電池１００においては、磁気トンネル接合素子１１０が電力貯蔵を行う担い手であり、その素子の構造は、概略、第１の磁性層１１２と、第２の磁性層１１４との間に配された磁気的な障壁層１１３と、第１の磁性層１１２の障壁層１１３が配されていない側に配された第１の電極１１１と、第２の磁性層１１４の障壁層１１３が配されていない側に配された第２の電極１１５と、からなっている。また、磁気トンネル接合素子１１０に貯蔵されたエネルギーは、電気エネルギーの形で第１の電極１１１と第２の電極１１５とから取り出され、負荷に供給されることとなる。
【００１３】
ここで、この磁気トンネル接合素子１１０は、磁気的なゼーマンエネルギーを電気エネルギーに変換するように構成されている。磁気的なゼーマンエネルギーＥは、Ｅ＝２Ｓ・ｇ・μB・Ｈのように表すことができる。ここで、Ｓはスピンの大きさを示しており、ｇ
はｇ因子で物質に固有の定数である。また、μBはボーア磁子であり、μB＝１．１６５３×１０-29Ｗｂ・ｍ（０．９２３×１０-20ｅｒｇ・Ｇａｕｓｓ-1）の定数である。Ｈは磁気トンネル接合素子１１０に印加される磁界である。
【００１４】
上記のような磁気トンネル接合素子１１０の製造方法については、例えば、“Ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅ  ｆｏｒｃｅ  ａｎｄ  ｈｕｇｅ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｉｎ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｔｕｎｎｅｌ  ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ”  Ｎａｔｕｒｅ  ４５８  ｐ４８９  （２００９）に掲載されているような方法により適宜作成することができる。
【００１５】
なお、本実施形態においては、成膜の都合などで、第１の電極１１１と第１の磁性層１１２との間、第１の磁性層１１２と障壁層１１３との間、障壁層１１３と第２の磁性層１１４との間、第２の磁性層１１４と第２の電極１１５との間に適宜補完層を設けることを妨げるものではない。
【００１６】
ソレノイド状に巻回されたコイル１２０は、磁気トンネル接合素子１１０の外周囲に配されており、直流電源に接続されて、直流電圧が印加されることで、静磁界を磁気トンネル接合素子１１０に印加することができるようになっている。
【００１７】
また、磁気トンネル接合素子１１０の両側には、第１の永久磁石１３０、及び、第２の永久磁石１４０が配されている。第１の永久磁石１３０はＯ1を、また、第２の永久磁石
１４０はＯ2を中心として回動自在に構成されており、コイル１２０によって磁界が発生
されると、図２に示すようにそれぞれＯ1とＯ2を中心として回動し、コイル１２０によって印加される磁界と同じ向きの磁界を、磁気トンネル接合素子１１０に印加することができるようになっている。
【００１８】
次に、以上のように構成される本実施形態に係るスピン電池１００の充放電について図３乃至図７を参照して説明する。図３乃至図７において、直流電源Ｐはスピン電池１００を充電するためのエネルギー源であり、コイル１２０に接続されている。また、直流電源Ｐとコイル１２０との間の電路には、スイッチＳＷ1が設けられており、これによりスピ
ン電池１００への充電の実行・中止を選択することができるようになっている。また、負荷Ｌはスピン電池１００によって、電気エネルギーが供給される対象物である。負荷Ｌへの給電及び給電停止はスイッチＳＷ2のオンオフによってコントロールすることができる
。
【００１９】
図３は本発明の実施形態に係るスピン電池１００の初期状態を示す図である。この図は、製造直後のスピン電池１００に、直流電源Ｐと負荷Ｌとを接続した状態を示している。このとき、磁気トンネル接合素子１１０中のゼーマンエネルギー準位は０であり、電池としての蓄積エネルギーも０である。
【００２０】
図４はスイッチＳＷ1がオンとされ、スピン電池１００を充電している状態を示す図で
ある。このとき、コイル１２０によって発生した磁界によって、第１の永久磁石１３０及び第２の永久磁石１４０は、それぞれＯ1とＯ2を中心として回動し、図３に示す状態から図４に示す状態へと変移する。また、コイル１２０による磁界と第１の永久磁石１３０及び第２の永久磁石１４０による磁界の合成磁界Ｈ1が磁気トンネル接合素子に印加され、
これにより、磁気トンネル接合素子１１０中のゼーマンエネルギー準位は２Ｓ・ｇ・μＢ・Ｈ1まで蓄積される。
【００２１】
磁気トンネル接合素子１１０におけるゼーマンエネルギー準位が２Ｓ・ｇ・μB・Ｈ1まで蓄積されると、スピン電池１００の充電が完了となり、図５に示すようにスイッチＳＷ1がオフとされる。このような充電が完了すると、磁気トンネル接合素子１１０中で、ゼ
ーマンエネルギー準位が２Ｓ・ｇ・μＢ・Ｈ2が維持される。ここで、Ｈ2は第１の永久磁石１３０及び第２の永久磁石１４０により磁気トンネル接合素子１１０に印加される磁界である。
【００２２】
上記のように充電が完了したスピン電池１００においては、図６に示すように負荷Ｌが接続されている電路中のスイッチＳＷ2がオンとされると、磁気トンネル接合素子１１０
中で、磁気的なゼーマンエネルギーが電気エネルギーに変換されて、スピン電池１００の第１の電極１１１及び第２の電極１１５を介して、負荷Ｌに対して電流が流れる。負荷Ｌに対する放電に伴い、ゼーマンエネルギー準位は２Ｓ・ｇ・μB・Ｈ2から０に向かって減少する。
【００２３】
上記のようにスピン電池１００を放電した後、これを再充電する場合には、図３の初期状態へ戻すことによりスピン電池１００をリセットする動作を行う必要がある。この際には、磁気トンネル接合素子１１０に印加される磁界がゼロとなるため、起電力もゼロとなってしまうという、問題点がある。スピン電池１００に蓄えられたエネルギーを完全に放出することなく放電が途中の状態である場合、磁気トンネル接合素子１１０中でゼーマンエネルギー準位が完全に０となっていない場合においては、起電力がゼロの状態を経過しない次のようなリセット動作が望ましい。
【００２４】
好ましいリセット動作を行うための方法としては、図６の放電状態、または図５の貯蔵状態において、磁気トンネル接合素子１１０を不図示の加熱手段により昇温して、磁気トンネル接合素子１１０中で、熱的にスピン方向をリセットする方法を挙げることができる。この方法をスピン電池１００に適用する場合には、加熱手段からの熱が、第１の永久磁石１３０及び第２の永久磁石１４０に伝導し、これら永久磁石の磁力を減じないように、加熱手段と永久磁石とを熱的に隔離しておく必要がある。
【００２５】
図７には、放電の途中で磁気トンネル接合素子１１０を不図示の加熱手段により昇温して、磁気トンネル接合素子１１０中で、熱的にスピン方向をリセットする様子を示す。
【００２６】
以上、本発明に係るスピン電池１００においては、第１の永久磁石１３０及び第２の永久磁石１４０による静磁場で、磁気トンネル接合素子１１０中の磁気的なゼーマンエネルギーを保持するものであるので、本発明に係るスピン電池１００によれば、磁気トンネル接合素子１１０を電力貯蔵用途として利用することが可能となる。
【００２７】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図８は本発明の第２実施形態に係るスピン電池１００の概要を示す図であり、図９は本発明の第２実施形態に係るスピン電池１００の充電時の様子を示す図である。
【００２８】
第２実施形態に係るスピン電池１００においても、磁気トンネル接合素子１１０は先の実施形態で用いられたものと同様のものが用いられるので説明を省略する。
【００２９】
第２実施形態に係るスピン電池１００においては、コイル１２０は、磁気トンネル接合素子１１０近傍に配されており、直流電源に接続されて、直流電圧が印加されることで、静磁界を磁気トンネル接合素子１１０に印加することができるようになっている。
【００３０】
また、第２実施形態に係るスピン電池１００においては磁気トンネル接合素子１１０の一方側に、第１の永久磁石１３０のみが配されるようになっている。この第１の永久磁石１３０はＯ1を中心として回動自在に構成されており、コイル１２０によって磁界が発生
されると、図９に示すようにそれぞれＯ1を中心として回動し、コイル１２０によって印
加される磁界と同じ向きの磁界を、磁気トンネル接合素子１１０に印加することができるようになっている。
【００３１】
以上のような、第２実施形態に係るスピン電池１００における充放電サイクルは、図３乃至図７に基づいて説明した第１実施形態に係るスピン電池１００の充放電サイクルと同様であるが、図３の初期状態へ戻す動作において、第１実施形態に係るスピン電池１００では、第１の永久磁石１３０と第２の永久磁石１４０とを、不図示の永久磁石変移手段を設けて回転させて、引き合う磁石を離すために、外部から仕事量を投入する必要があるが、第１の永久磁石１３０のみを用いる第２実施形態に係わるスピン電池１００では、不図示の永久磁石変移手段を回転させる際に、引き合う磁石が無い為、外部から投入する仕事量は少なくて良い。
【００３２】
以上のような第２実施形態に係るスピン電池１００によっても、第１実施形態係るスピン電池１００と同様の効果を享受することが可能となる。
【００３３】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図１０は本発明の第３実施形態に係るスピン電池１００の概要を示す図であり、図１１は本発明の第３実施形態に係るスピン電池１００の充電時の様子を示す図である。
【００３４】
第３実施形態に係るスピン電池１００においても、磁気トンネル接合素子１１０は第１実施形態で用いられたものと同様のものが用いられるので説明を省略する。
【００３５】
第３実施形態に係るスピン電池１００においては、第１コイル１２１及び第２コイル１２２の２つのコイルが、磁気トンネル接合素子１１０の両端部に配されている。この第１コイル１２１及び第２コイル１２２は、電流を流したときに同じ向きの磁界が発生するように直列接続されている。第１コイル１２１及び第２コイル１２２は、直流電源に接続されており、直流電圧が印加されることで、静磁界を磁気トンネル接合素子１１０に印加する。
【００３６】
また、第３実施形態に係るスピン電池１００においては、磁気トンネル接合素子１１０の両側における第１コイル１２１及び第２コイル１２２の中には、それぞれ第１の永久磁石１３０及び第２の永久磁石１４０が配されている。そして、第１の永久磁石１３０はＯ1を、また、第２の永久磁石１４０はＯ2を中心として回動自在に構成されており、第１コイル１２１及び第２コイル１２２によって磁界が発生されると、図１１に示すようにそれぞれＯ1とＯ2を中心として回動し、第１コイル１２１及び第２コイル１２２によって印加
される磁界と同じ向きの磁界を、磁気トンネル接合素子１１０に印加することができるようになっている。
【００３７】
以上のような、第３実施形態に係るスピン電池１００における充放電サイクルは、図３乃至図７に基づいて説明した第１実施形態に係るスピン電池１００の充放電サイクルと同様である。そして、以上のような第３実施形態に係るスピン電池１００によっても、第１実施形態係るスピン電池１００と同様の効果を享受することが可能となる。
【００３８】
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態に係るスピン電池１００は、ソレノイド状のコイル１４０に代えて、ソレノイド状の超伝導コイル１２４が用いられている点、及び、永久磁石１３０や永久磁石１４０が設けられていない点で、第１実施形態と異なっている。また、第４実施形態に係るスピン電池１００では、コイルとして超伝導コイル１２４が用いられているために、図１２乃至図１６に示すように、永久電流モードスイッチＳＷが、直流電源ＰとスイッチＳＷ1との直列接続に対して、並列で接続さ
れている。
【００３９】
また、第４実施形態に係るスピン電池１００においても、磁気トンネル接合素子１１０は第１実施形態で用いられたものと同様のものが用いられるので説明を省略する。
【００４０】
次に、以上のように構成される第４実施形態に係るスピン電池１００の充放電サイクルについて図１２乃至図１６を参照して説明する。図１２乃至図１６において、直流電源Ｐはスピン電池１００を充電するためのエネルギー源であり、超伝導コイル１２４に接続されている。また、直流電源Ｐと超伝導コイル１２４との間の電路には、スイッチＳＷ1が
設けられており、これによりスピン電池１００への充電の実行・中止を選択することができるようになっている。また、スイッチＳＷ1とは別に、先の永久電流モードスイッチＳ
Ｗが設けられている。
【００４１】
また、負荷Ｌはスピン電池１００によって、電気エネルギーが供給される対象物である。負荷Ｌへの給電及び給電停止はスイッチＳＷ2のオンオフによってコントロールするこ
とができる。
【００４２】
図１２は本発明の実施形態に係るスピン電池１００の初期状態を示す図である。この図は、製造直後のスピン電池１００に、直流電源Ｐと負荷Ｌとを接続した状態を示している。このとき、磁気トンネル接合素子１１０中のゼーマンエネルギー準位は０であり、電池としての蓄積エネルギーも０である。
【００４３】
図１３はスイッチＳＷ1がオンとされ、スピン電池１００を充電している状態を示す図
である。このとき、超伝導コイル１２４によって磁界Hが発生し、これにより、磁気トン
ネル接合素子１１０中のゼーマンエネルギー準位は２Ｓ・g・μB・Hまで蓄積される。
【００４４】
磁気トンネル接合素子１１０におけるゼーマンエネルギー準位が２Ｓ・g・μB・Hまで
蓄積されると、スピン電池１００の充電が完了となり、図１４に示すように、永久電流モードスイッチＳＷがオンとされ、その後スイッチＳＷ1がオフとされる。そして、超伝導
コイル１２４が磁場Ｈを保つことで、磁気トンネル接合素子１１０中で、ゼーマンエネルギー準位が２Ｓ・ｇ・μB・Ｈで維持される。
【００４５】
上記のように充電が完了したスピン電池１００においては、図１５に示すように負荷Ｌが接続されている電路中のスイッチＳＷ2がオンとされると、磁気トンネル接合素子１１
０中で、磁気的なゼーマンエネルギーが電気エネルギーに変換されて、スピン電池１００の第１の電極１１１及び第２の電極１１５を介して、負荷Ｌに対して電流が流れる。負荷
Ｌに対する放電に伴い、ゼーマンエネルギー準位は２Ｓ・ｇ・μB・Ｈから０に向かって
減少する。
【００４６】
上記のようにスピン電池１００を放電した後、これを再充電する場合には、図１２の初期状態へ戻すことによりスピン電池１００をリセットする動作を行う必要がある。この際には、磁気トンネル接合素子１１０に印加される磁界がゼロとなるため、起電力もゼロとなってしまうという、問題点がある。スピン電池１００に蓄えられたエネルギーを完全に放出することなく放電が途中の状態である場合、磁気トンネル接合素子１１０中でゼーマンエネルギー準位が完全に０となっていない場合においては、起電力がゼロの状態を経過しない次のようなリセット動作が望ましい。
【００４７】
好ましいリセット動作を行うための方法としては、図１５の放電状態、または図１４の貯蔵状態において、磁気トンネル接合素子１１０を不図示の加熱手段により昇温して、磁気トンネル接合素子１１０中で、熱的にスピン方向をリセットする方法を挙げることができる。この方法をスピン電池１００に適用する場合には、加熱手段からの熱が、超伝導コイル１２４、および永久電流モードスイッチＳＷの超伝導状態を破壊しないように、加熱手段と超伝導コイル１２４及び永久電流モードスイッチＳＷとを熱的に隔離しておく必要がある。
【００４８】
図１６には、放電の途中で、磁気トンネル接合素子１１０を不図示の加熱手段により昇温して、磁気トンネル接合素子１１０中で、熱的にスピン方向をリセットする様子を示す。
【００４９】
また、磁気トンネル接合素子１１０中でゼーマンエネルギー準位が完全に０となっていない場合において、起電力ゼロの状態に戻すことなく、次のように起電力を増強し、使用時間を延命する方法も挙げられる。出力電圧を増強する方法としては、図１５の放電状態、あるいは、図１４の貯蔵状態から、図１３の状態に移行させ、超伝導コイル１２４によって磁気トンネル接合素子１１０に印加する磁界をＨから、例えば倍の２Ｈとすることによって、増強することができる。これによれば、磁気トンネル接合素子１１０中のスピン系にたまっているエネルギー２Ｓ・ｇμＢ・ＨのＨを増強でき、起電力も上げることが可能となる。
【００５０】
以上、本発明に係るスピン電池１００においては、超伝導コイル１２４による静磁場で、磁気トンネル接合素子１１０中の磁気的なゼーマンエネルギーを保持するものであるので、本発明に係るスピン電池１００によれば、磁気トンネル接合素子１１０を電力貯蔵用途として利用することが可能となる。
【００５１】
次に、本発明の第５実施形態について説明する。図１７は本発明の第５実施形態に係るスピン電池１００の概要を示す図である。第４の実施形態に係るスピン電池１００においては、磁気トンネル接合素子１１０の外周囲を覆うように超伝導コイル１２４が設けられていたのに対して、第５実施形態に係るスピン電池１００においては、磁気トンネル接合素子１１０の両側に、第１超伝導コイル１２５及び第２超伝導コイル１２６が設けられている。第１超伝導コイル１２５及び第２超伝導コイル１２６は、電流が流れたときに同一の方向の磁界を形成するように、直列接続がなされている。
【００５２】
以上のような、第５実施形態に係るスピン電池１００における充放電サイクルは、図１２乃至図１６に基づいて説明した第４実施形態に係るスピン電池１００の充放電サイクルと同様である。そして、以上のような第５実施形態に係るスピン電池１００によっても、第４実施形態係るスピン電池１００と同様の効果を享受することが可能となる。
【符号の説明】
【００５３】
１００・・・スピン電池
１１０・・・磁気トンネル接合素子
１１１・・・第１の電極
１１２・・・第１の磁性層
１１３・・・障壁層
１１４・・・第２の磁性層
１１５・・・第２の電極
１２０・・・コイル
１２１・・・第１コイル
１２２・・・第２コイル
１２４・・・超伝導コイル
１２５・・・第１超伝導コイル
１２６・・・第２超伝導コイル
１３０・・・第１の永久磁石
１４０・・・第２の永久磁石
ＳＷ1、ＳＷ2・・・スイッチ
ＳＷ・・・永久電流モードスイッチ
Ｐ・・・直流電源
Ｌ・・・負荷
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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