(57)【要約】一実施形態においてシステムは、第１非磁性導電性電極と、第２非磁性導電性電極と、第１および第２電極の間に設置されており第１および第２電極の間に延びている誘電層と、個別磁石からなる複数対の磁気結合ペアリングを有する第１および第２層とを備える。第１および第２層は非磁性材料により分離されている。少なくとも第１層の磁石は第１非磁性導電性電極に導電接続されている。
2016537827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１非磁性導電性電極と、
第２非磁性導電性電極と、
前記第１および第２非磁性導電性電極の間に設置されており前記第１および第２非磁性導電性電極の間に延びている誘電層と、
個別磁石からなる複数対の磁気結合ペアリングを備えており非磁性材料により分離されている第１および第２層と
を備え、少なくとも前記第１層の前記磁石は前記第１非磁性導電性電極に導電接続されている、システム。
【請求項２】
前記第１および第２層は前記誘電層に完全に埋め込まれている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１層または前記第２層はそれぞれ前記第１または第２非磁性導電性電極に完全に埋め込まれており、他方の層は前記誘電層に完全に埋め込まれている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１層または前記第２層はそれぞれ前記第１または第２非磁性導電性電極に完全に埋め込まれており、他方の層は他方の非磁性導電性電極に完全に埋め込まれている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１層または前記第２層はそれぞれ前記第１または第２非磁性導電性電極に完全に埋め込まれており、他方の層は前記誘電層および他方の非磁性導電性電極の両方に完全に埋め込まれている、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１層は前記誘電層および前記第１非磁性導電性電極の両方に完全に埋め込まれており、前記第２層は前記誘電層および前記第２非磁性導電性電極の両方に完全に埋め込まれている、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記第２層の前記磁石もまた前記第１非磁性導電性電極に導電接続されており、前記第１および第２層の前記磁石は前記第２非磁性導電性電極とは電気的に切り離されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記複数対のうちそれぞれに対し、前記第１層におけるペアリングの一方の磁石は、前記第２層におけるペアリングの他方の磁石に対して逆平行双極子配向を提供する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１および第２層を分離する前記非磁性材料は誘電体または導電材料を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１および第２層を分離する前記非磁性材料は反強磁性材料を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記磁石のうち一または複数は、広幅の中央部分と狭幅の端部分とを有する幾何学形状を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記磁石はすべて同一および均一な構成を備え、前記構成は幾何学形状、組成または寸法のうち一または組み合わせを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記個別磁石のペアリングまたは第１層の前記磁石は前記個別磁石のペアリングまたは第２層の前記磁石とは異なる構成を有し、前記構成は幾何学形状、組成または寸法のうち一または組み合わせを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記個別磁石の少なくとも第１対の前記磁石は強磁性材料、反強磁性材料、または強磁性および反強磁性材料の組み合わせを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
磁束場は完全にまたは主に、前記第１および第２非磁性導電性電極の間に広がるスペースの体積の間に位置する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
個別磁石からなる複数対の磁気結合ペアリングを備えており、非磁性材料により分離されている第３および第４層をさらに備え、前記第３および第４層のすべてまたは一部は前記第２非磁性導電性電極と前記第１非磁性導電性電極との間に設置されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
双極子対磁性材料からなる複数の層に異方性を提供する工程と、
前記磁性材料を一または複数の幾何学形状にパターニングする工程と、
前記複数の層の間に誘電層を設置する工程と、
非磁性対向可能極性導電性電極を設置する工程と
を備え、前記磁性材料は前記非磁性導電性電極の間または内部に設置される、方法。
【請求項１８】
異方性を提供する工程は、磁場の影響を受けながら前記磁性材料を蒸着する工程を備え、第１層は前記磁場の一方向の影響下で蒸着され、第２層は前記磁場の逆方向の影響下で蒸着される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
異方性を提供する工程は、磁場の影響下で前記磁性材料に成形加工後のアニーリングを施す工程、または第１対の磁石に、磁性アニーリングの間に前記対が共通の磁性整列にされた後に前記対の他の磁石に圧を加えるのに十分な場強度を与える工程を備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
誘電層により分離されており逆電気的極性を有すべく構成可能である、対向表面の少なくとも二つの充電可能な導電性構造体を備え、前記対向表面導電性構造体は、合成構造体である少なくとも一つの対向表面導電性構造体を有しており、前記合成構造体は、磁気結合個別磁化磁性材料要素の対のうち少なくとも一つの要素と導電接触状態にある非磁性導電材料を含む構成材料から構成されており、
システムの前記非磁性導電材料および前記誘電体を通過する前記個別磁化磁性材料要素および前記導電性構造体により形成される磁束回路の前記磁束の一部を包含する前記個別磁化磁性材料要素の構成を備え、前記磁束の前記一部は完全にまたは主に前記システムの前記対向導電性構造体の間に広がるスペースの体積範囲内に位置する、システム。
【請求項２１】
それぞれ端子と接続されて逆電気的極性を提供することができる少なくとも二つの非磁性充電可能対向導電性構造体を備え、その間または内部で対向導電性構造体が磁性材料の少なくとも二つの層に位置し、交互の磁極性が磁性材料の層間に選択的に位置するように各個々の磁性材料層は選択的磁気双極子配向の磁場配向を有し、
磁性幾何学形状の前記磁性材料はいずれも隣接する他の面内磁性幾何学形状に接続されないように前記磁性材料層は非磁性充填材料により面内で互いから分離される個々の個別磁性幾何学形状にパターン化されており、
前記充電可能対向導電性構造体のうちの一つに対する電気接続性を有する個々の磁性幾何学形状の少なくとも一つの層と、
前記充電可能対向導電性構造体の間に挿入された誘電層と
を備え、前記磁化磁性幾何学形状は、前記対向導電性構造体の間に形成されたスペースの体積を用いて完全にまたは大部分が包含される固有磁束回路を有する、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概して貯蔵装置に関し、より詳細には磁気強化型貯蔵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自らの仕組みの一部として磁性材料を利用する従来のコンデンサ装置を再調査したところ、このようなコンデンサ装置は概して、構造および機能に関して３つの構成概念に分けられることが明らかになった。この３つの構成概念は通常すべて、装置全体に連続して広がる少なくとも一つの磁性構造体を要求および定義し、これにより磁束回路網は本質的にすべての従来装置それぞれの容量部の外部に逸れて位置することになる。このような逸れた磁束は装置内部のエネルギー密度に有利な影響を与えず、磁性構造体の連続した広がりが磁場強度を制限し、従来の磁気回路網が高磁気抵抗材料の比較的長い距離を通過するようになるか、あるいは、磁性構造体の連続した広がりが磁場強度を制限するか、従来の磁気回路網が高磁気抵抗材料の比較的長い距離を通過するようになる。そのため、装置の容量部の内部に位置する磁束の場が実質的に低下する。このような制限された場強度および場の低下は、対向極結合距離が増加するにつれて起こる寸法規模の増加に伴って指数関数的に増加する。従来技術の３つの概略的な構成概念は、以下のように説明および例示される。図１Ａ〜図１Ｃを参照すると、磁気コンデンサ構造体１０（それぞれ例えば１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃ）が示されており、該磁気コンデンサ構造体１０は電極１２および１４（例えば１４Ａ〜１４Ｃ）を備え、電極１２および１４の間に誘電体１６が設置されている。磁石は正および負の電極板１２および１４であり、磁性電極１２のうち少なくとも一つはコンデンサ構造体１０の全範囲を跨ぎ、磁性電極１２および１４の間に誘電層１６を挟む。他方の磁性電極１４は図１Ａ〜図１Ｂに示されるように、コンデンサ構造体１０（例えば図１Ｃにおける構造体１０Ｃの電極１４Ｃ）の全範囲に広がることができ、あるいは個別磁石部品または接続磁石の区域に分解することができる。
【０００３】
図２Ａ〜図２Ｂを参照すると、磁気コンデンサ構造体２０（例えば２０Ａおよび２０Ｂ）が示されており、該磁気コンデンサ構造体２０は磁性電極２２および非磁性電極２４を含む。この例示的構造体２０では、電極板２２のうち一つのみが磁性であり、磁性電極はここでもコンデンサ構造体２０の表面の全範囲を跨ぎ、誘電層２６は磁性電極２２と非磁性電極２４との間に挟まれている。
【０００４】
図３は別の例示的磁気コンデンサ構造体３０を示しており、該磁気コンデンサ構造体３０は磁性層３２と、非磁性電極３４および３６と、誘電体３８（磁性層３２と電極３４との間に挟まれている）および４０（磁性層３２と電極３６との間に挟まれている）とを備える。言い換えれば、コンデンサ構造体３０の全範囲を跨ぐ（非磁性）磁石３２は正または負の電極ではなく、誘電層３８および４０の間に挟まれている。誘電層３８および４０は同様に非磁性電極板３４および３６の間に挟まれている。
【０００５】
このようなタイプすべての構造体の分析から明白なのは、このような従来技術すべて（特に全範囲磁性仕組みに関する）が通常共有する本質的に制限的な属性が存在することである。すなわち、これらの磁気回路（経路）はコンデンサ構造体の外部に逸れて通過する磁束を含むため、逸れた磁束は、誘電体または内部構造体の電位容量の強化に影響を与えない。また、磁性電極が磁極性に関して平行であるかまたは面方位に対して垂直な磁極性を有している場合、このような従来の構造体は、その板寸法のサイズが増加すると高磁気抵抗材料の中を進む磁束復路距離もまた増加するため、本質的に有利な規模にならない。従来の構造体すべてにおける磁気回路に対する長尺な高磁気抵抗進行距離は、磁気回路内部における磁場強度の大きな低下を生じさせる。
【０００６】
従来の構造体を再び参照すると、従来技術すべてにおいて見られる自己定義構造体は、本質的には強い磁場の影響を外部から受けない誘電材料を有するものに限られる。このような構造体の幅に広がる磁性電極の特徴は、電極間の誘電体を通過するこのような構造体の磁束をゼロにするかまたは多くない量にしたり、電極間の誘電体を通過するこのような磁束を比較的弱い場強度にしたりする。
【０００７】
従来のコンデンサ構造体には、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を得るために特に磁性材料構成要素を電極として利用して、帯電電極から誘電体を通り抜ける電流を有利に低減すべく構成されたものがある。このような従来の装置へのＧＭＲ効果の取り込みにより、ＧＭＲ効果は通り抜け電流の発生を抑えるため、比較的薄い誘電層の有利な使用が可能になり、それにより非ＧＭＲ構造体の従来型コンデンサの幾何学的生産等量と比較してコンデンサの体積が小さくなって、相当する保持電荷を提供する。しかしながらこのような従来のＧＭＲ構造体は誘電材料の改良分極電位を提供しないため、このような従来のＧＭＲ効果実現コンデンサ構造体はコンデンサの静電容量またはエネルギー密度を大きく増加させない。このような従来の磁性構造体は装置全体に広がっているため、磁束回路網はコンデンサ内部において誘電体の外部に逸れた経路をたどる。すなわち、従来の構造体は、コンデンサのエネルギー密度の劇的な増加を実現しない。
【０００８】
以下は、このような従来の構造体に関連した本質的な欠陥および磁気回路網の動作の例示およびこれに合わせた説明によるいくつかの従来の例示的仕組みの分析であり、この欠陥が、このような従来の装置にエネルギー密度において大きなゲインを達成させない理由の一因である。図４を参照すると、従来の例示的磁気コンデンサ構造体４０の３次元斜視図が示されており、該磁気コンデンサ構造体４０は、一方向において面に対して水平な双極子配向を有する磁性材料からなる最上板４２と、同じ方向の（すなわち平行磁気）面に対する双極子配向を有する磁性材料からなる最下板４４とから構成されており、最上４２および最下４４磁性層の間に誘電層４６が挟まれている。最上４２および最下４４磁性層は、逆の電気的極性を有する電極（例えば正／負）である。この例示において、磁性電極板４２，４４間の垂直距離は、磁性電極板を横切る水平距離よりも短い。構造体の静電容量は電極間距離に反比例している一方、静電容量は電極の表面積の増加に伴って増加するため、電極間の垂直距離は板寸法に比べて通常小さく保たれる。
【０００９】
図４に示されるような最上電極板対最下電極板の平行磁気双極子配向により、磁束線は互いに交われないため磁性電極間の誘電層を通る経路は密度電位に関して衝突および抑圧され最も進みやすい非衝突路は構造体の外部にあるため、ほとんどすべてではないとしても多くの磁束は、まず双極子の先端から面内で発出し、続いて一つの磁性電極の対向極性双極子端部から水平方向において同じ磁性電極の他方の対向双極子端部に向けて曲がる弧状磁気回路を辿り、ほとんどの磁束は最上電極の上部を横切るかまたは最下電極の底部を横切る。したがって、磁束回路の多くは完全に構造体から逸れ、二つの電極間に挟まれた誘電層の外部を進むこととなり、また磁束回路は、誘電層を横切る電場を逸れて進むこととなる。電場は一方の電極から他方の電極へ直交方向に整列する。また、磁束回路は電極板の幅距離に等しい復路を必要とするため、図５に関連して後述されるように、磁場強度は逆平行磁性電極構成の対向双極子端部間のはるかに短い垂直距離の場強度に比べて極めて低下する。このように電極の平行磁極性双極子配向により、ほとんどの磁束は完全にコンデンサを逸れ、また比較的弱い磁場影響を発揮するが、これらはどちらもコンデンサ内部の磁気強化エネルギー密度を達成する上で望ましくない特徴である。さらに、より大きなエネルギー貯蔵総容量を提供しようとする中で磁性電極板の寸法サイズが増加すると、本質的に、磁石の双極子端部の間で高磁気抵抗媒体を通過して進む磁気路は長さが増加し、これにより磁場強度は距離の増加に伴って指数関数的に低下することになる。このような従来の磁性電極構造体は、磁場強度影響を維持しながら寸法規模を大きくすることができない。
【００１０】
図５は従来の例示的磁気コンデンサ構造体５０の３次元斜視図を示しており、該磁気コンデンサ構造体５０は、一方向において面に対して水平な双極子配向を有する磁性材料からなる最上板５２と、最上板とは逆方向の（すなわち逆平行磁気）面に対して水平な双極子配向を有する磁性材料からなる最下板５４とから構成されており、最上板５２と最下磁性層５４との間には誘電層５６が挟まれている。最上５２および最下５４磁性層は逆の電気的極性を有する電極（例えば正／負）である。この例示において、磁性電極板５２および５４間の垂直距離は、磁性電極板を横切る水平距離より短い。構造体の静電容量は電極間の距離に反比例する一方、静電容量は電極の表面積の増加に伴って増加するため、電極間の垂直距離は通常、面寸法に比べて小さく保たれる。
【００１１】
図５に示されるような最上電極板対最下電極板の逆平行磁気双極子配向により、ほとんどすべてではないとしても多くの磁束は、まず双極子の先端から面内で発出し、続いて一つの磁性電極の対向極性双極子端部から垂直方向において他方の磁性電極の他方の対向双極子端部に向けて曲がる弧状磁気回路を辿ることになる。したがって、磁束回路の多くは構造体から逸れた道を辿る、すなわち磁束は、二つの電極間に挟まれた誘電層の外部を進むことになり、また磁束回路は、誘電層を横切り一方の電極から他方の電極へ直交して整列する電場を逸れて進むことになる。したがって、このような従来の構造体では、電場による影響と併せて作用する磁場による有利な影響が有意義な磁気強化静電容量効果を実現することはできない。
【００１２】
次に図６Ａおよび図６Ｂを参照すると、従来の例示的構造体６０（例えば６０Ａおよび６０Ｂ）の側面略図が示されており、該従来の構造体６０は、一方向において面に対して水平な双極子配向を有する磁性材料からなる最上板６２と、同じ方向において（すなわち平行磁気、図６Ａ）、あるいは逆方向において（すなわち逆平行磁気、図６Ｂ）面に対して双極子配向を有する個別磁性材料からなる最下電極６４（例えば図６Ａの６４Ａおよび図６Ｂの６４Ｂ）とから構成されており、最上６２および最下６４磁石の間には誘電層６６が挟まれている。最上６２および最下６４磁性層は、逆の電気的極性を有する電極（例えば正／負）である。この例示において、磁性電極板６２および６４間の垂直距離は、磁性電極板を横切る水平距離よりも短い。構造体の静電容量は電極間の距離に反比例する一方、静電容量は電極の表面積の増加に伴って増加するため、電極間の垂直距離は通常、板寸法に比べて小さく保たれる。
【００１３】
図６Ａおよび図６Ｂに示されている最下磁石６４は個別であるにもかかわらず、個別磁石は直列に繋がれているため、その磁気結合は、単一板に匹敵する磁束回路網を生じる。したがって、二つの従来技術に関する検討（図４〜図５）の解説はほとんどの部分がこれらの構造体にも当てはまる。
【００１４】
最上電極板６２対最下電極板６４（図６Ａ）の平行磁気双極子配向により、磁束線は互いに交われないため磁性電極６２，６４間の誘電層６６を通過する経路は密度電位に関して衝突および抑圧され最も進みやすい非衝突経路は構造体６０の外部にあるため、ほとんどすべてではないとしても多くの磁束は、まず双極子の先端から面内で発出し、続いて一つの磁性電極の対向極性双極子端部から水平方向において同じ磁性電極の他方の対向双極子端部に向けて曲がる弧状磁気回路を辿り、ほとんどの磁束は最上電極６２の上部を横切るかまたは最下電極６４の底部を横切る。したがって、磁束回路の多くは完全に構造体６０から逸れて、二つの電極６４，６２間に挟まれた誘電層６６の外部を進むことになり、また磁束回路は、誘電層６６を横切る電場を逸れて進むこととなる。電場は一方の電極から他方の電極へ直交方向に整列する。距離が比較的短いため個別磁石の空隙間の磁束は比較的緩やかな磁場強度低下を有することになる一方、最上磁石の磁束の磁気回路および最下磁石の外側磁石の磁束復路は電極板の幅距離に等しい復路を必要とすることから、磁場強度は、逆平行磁性電極構成の対向双極子端部間のはるかに短い垂直距離の場強度に比べて極めて低下する。このように、電極の平行磁気双極子配向により、ほとんどの磁束は完全にコンデンサを逸れ、また比較的弱い磁場影響を発揮するが、これらはどちらもコンデンサ内部の磁気強化エネルギー密度を達成する上で望ましくない特徴である。さらに、より大きなエネルギー貯蔵総容量を提供しようとする中で磁性電極板の寸法サイズが増加すると、本質的に、最上磁石の双極子端部と最下電極の外側磁石との間で高磁気抵抗媒体を横切って進む磁気回路は長さが増加し、これにより磁場強度は距離の増加に伴って指数関数的に低下することになる。したがって、このような磁性電極構造体は、磁場強度影響を維持しながら寸法規模を大きくするのには向いていない。
【００１５】
最上電極板対最下電極板（図６Ｂ）の逆平行磁気双極子配向により、ほとんどすべてではないとしても多くの磁束は、まず双極子の先端から面内で発出し、続いて一つの磁性電極６２の対向極性双極子端部から垂直方向において他方の磁性電極６４の他方の対向双極子端部に向けて曲がる弧状磁気回路を辿ることになる。したがって、磁束回路の多くは構造体６０から逸れた道を辿る、すなわち、磁束は二つの電極６２，６４間に挟まれた誘電層６６の外部を進むことになり、また磁束回路は、誘電層６６を横切り一方の電極から他方の電極へ直交して整列する電場を逸れて進むことになる。個別磁石の双極子端部間に跨る磁束は、同様に電極間において磁場の外部に位置する。したがって、このような従来の構造体では、電場による影響と併せて作用する磁場による有利な影響が有意義な磁気強化静電容量効果を実現することはできない。
【００１６】
図７Ａ〜図７Ｂにおける二つの図示は、それぞれ従来の例示的構造体７０の代表的な側面図および斜視略図を提供しており、該従来の構造体７０は、最上板７２の面に対して垂直であり磁性材料からなる最下板７４の面の垂直異方性に対して平行に対向する双極子配向を有する磁性材料からなる最上板７２から構成されており、最上および最下磁性層７２，７４の間には誘電層７６が挟まれている。最上７２および最下７４磁性層は、逆の電気的極性を有する電極（例えば正／負）である。これらの図示において、磁性電極板７２，７４間の垂直距離は、磁性電極板の平面を横切る水平距離より短い。構造体７０の静電容量は電極７２，７４間の距離に反比例する一方、静電容量は電極の表面積の増加に伴って増加することから、電極間の垂直距離は通常、平面板寸法に比べて低く保たれる。
【００１７】
最上電極板７２対最下電極板７４の対向磁気双極子配向により、磁束は、電極の平面に対して垂直に、また磁性電極の間に挟まれた誘電材料７６を横切って通過することになる。しかしながら磁束はまた、最上磁性電極板７２の上部から発出して完全にコンデンサ構造体の外部を回って最下電極７４の対向双極子底面へ向かう弧状磁性経路を辿ることになり、磁性電極板寸法が大きくなるにつれて外部弧状経路は大きくなる。また、磁束の長尺な外側弧状磁気回路は場強度に対して著しく弱まる。したがって、このような構造体は、磁気強化静電容量効果の維持に関して寸法規模を大きくすることはない。
【００１８】
図８を参照すると、従来の例示的磁気コンデンサ構造８０の３次元斜視図が示されており、該従来の磁気コンデンサ構造８０は、面内双極子配向を有する磁性材料からなる最上板８２と、非磁性材料からなる最下板８４とから構成されており、最上磁性電極層８２と最下非磁性電極層８４との間に誘電層８６が挟まれている。単独磁性電極８２の磁束は、最上磁性電極板８２のＮ極から発出する双弧状磁気回路を辿ることになる磁気回路を辿ることになる。双弧状磁気回路は、最上磁性電極板８２の対向双極子に向けて、完全にコンデンサ構造体８０の外部に逸れて最上磁性電極８２の上部を超える一方の弧状経路と、誘電材料８６および非磁性電極８４、あるいは、電材料８６または非磁性電極８４を超える他方の弧状経路とを有しており、磁性電極板８２寸法が大きくなるにつれて弧状磁気回路経路は長くなる。また、磁束の長尺な弧状磁気回路は場強度に対して著しく弱まる。したがって、このような構造体は、コンデンサに対する強い磁性影響を生むことに関して二つの本質的な欠陥、すなわち弱い場強度という欠陥、および磁束の半分がコンデンサを逸れて磁束密度を低減するという欠陥を有する。
【００１９】
図９は従来の例示的磁気コンデンサ構造体９０の３次元斜視図を示しており、該磁気コンデンサ構造体９０は、非磁性導電材料からなる最上板９２と、非磁性導電材料を有する最下板９４とから構成されている。また、面内双極子配向を有しておりコンデンサ構造体９０の全寸法に広がっている磁性板９６があり、最上および最下非磁性導電板９２および９４と磁性板９６との間に誘電層が挟まれている。誘電層は磁性板９６を導電的に絶縁する。単独磁性板９６の磁束は、挟まれた磁性板９６のＮ極から発出する双弧状磁気回路を辿ることになる磁気回路を辿ることになり、双弧状磁気回路は、最上磁性板の上部を超える一方の弧状経路と、磁性板の底部を超える他方の弧状経路とを有しており、このような磁束は、誘電材料９６および非磁性電極、あるいは、誘電材料９６もしくは非磁性電極を通るか、またはコンデンサ構造体の外部に逸れて磁性板の対向双極子に向けて通る。磁性電極板寸法が大きくなるにつれて、高磁気抵抗材料を通る弧状磁気回路経路は長くなる。磁束の長尺な弧状磁気回路は、場強度に対して著しく弱まる。このように、このような構造体は、特にコンデンサの二つの非磁性導電板端子間の垂直寸法が狭く保たれている場合、コンデンサに強い磁性影響を与えることに関して少なくとも二つの本質的な欠点、すなわち磁束経路がコンデンサ構造体のより大きな寸法規模に合わないという欠点と、磁束密度が双極子端部の近くで最大になる弧状磁束復路がコンデンサ構造体を大きく逸れることになるという欠点とを有する。
【００２０】
本開示の多くの態様は、以下の図面を参照することによってより深く理解することができる。図中の構成要素は必ずしも正確な縮尺で描かれておらず、それよりも本開示の原理を明白に例示することに重点が置かれている。また図中において、同様の参照符号は複数の図にわたって対応する部分を示している。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】従来の磁気コンデンサ構造体例を示す略図である。
【図１Ｂ】従来の磁気コンデンサ構造体例を示す略図である。
【図１Ｃ】従来の磁気コンデンサ構造体例を示す略図である。
【図２Ａ】別の従来の磁気コンデンサ構造体例を示す略図である。
【図２Ｂ】別の従来の磁気コンデンサ構造体例を示す略図である。
【図３】別の従来の磁気コンデンサ構造体例を示す略図である。
【図４】最上および最下の平行磁性電極板を備える従来の磁気コンデンサ構造体例を示す略図である。
【図５】最上および最下の逆平行磁性電極（図８）を備える従来の磁気コンデンサ構造体例を示す略図である。
【図６Ａ】平行および逆平行の双極子配向にある最下電極としての個別磁石を有する最上磁性板電極を有する従来の磁気コンデンサ構造体例を示す略図である。
【図６Ｂ】平行および逆平行の双極子配向にある最下電極としての個別磁石を有する最上磁性板電極を有する従来の磁気コンデンサ構造体例を示す略図である。
【図７Ａ】最上および最下（面に対して垂直な双極子配向）磁性電極板を備える従来の磁気コンデンサ構造体例を示す略図である。
【図７Ｂ】最上および最下（面に対して垂直な双極子配向）磁性電極板を備える従来の磁気コンデンサ構造体例を示す略図である。
【図８】非磁性電極板を有する単一磁性電極板を備える従来の磁気コンデンサ構造体例を示す略図である。
【図９】二つの非磁性電極板と、単一磁性層を有する誘電層の挟みこみとを備える従来の磁気コンデンサ構造体例を示す略図である。
【図１０Ａ】弱い外部磁場の場合に対応する上側図と、強い外部磁場の場合に対応する下側図とを有する、ベクトル模型例の略図である。
【図１０Ｂ】弱い外部磁場の場合に対応する上側図と、強い外部磁場の場合に対応する下側図とを有する、ベクトル模型例の略図である。
【図１１Ａ】磁気強化型エネルギー貯蔵（ＭＥＥＳ）装置例の実施形態を示す略図である。
【図１１Ｂ】磁気強化型エネルギー貯蔵（ＭＥＥＳ）装置例の実施形態を示す略図である。
【図１１Ｃ】磁気強化型エネルギー貯蔵（ＭＥＥＳ）装置例の実施形態を示す略図である。
【図１２Ａ】導電性電極板にそれぞれ部分的に埋め込まれた個別磁石を備えるＭＥＥＳ装置例の実施形態を示す略図である。
【図１２Ｂ】導電性電極板にそれぞれ部分的に埋め込まれた個別磁石を備えるＭＥＥＳ装置例の実施形態を示す略図である。
【図１３】図１１Ａ〜図１１Ｃに示されているＭＥＥＳ装置用の積層体例の実施形態を示す略図である。
【図１４Ａ】ＭＥＥＳ装置例の実施形態を示す略図である。
【図１４Ｂ】ＭＥＥＳ装置例の実施形態を示す略図である。
【図１４Ｃ】ＭＥＥＳ装置例の実施形態を示す略図である。
【図１５Ａ】あるタイプの磁石封入体を備えるＭＥＥＳ装置例の実施形態を示す略図である。
【図１５Ｂ】あるタイプの磁石封入体を備えるＭＥＥＳ装置例の実施形態を示す略図である。
【図１６Ａ】別のタイプの磁石封入体を備えるＭＥＥＳ装置例の実施形態を示す略図である。
【図１６Ｂ】別のタイプの磁石封入体を備えるＭＥＥＳ装置例の実施形態を示す略図である。
【図１７】図１４Ａ〜図１４Ｃに示されているＭＥＥＳ装置用の積層体例の実施形態を示す略図である。
【図１８】ＭＥＥＳ装置例の実施形態用の構成例を示す略図である。
【図１９Ａ】磁石を結合する方法に対して異なる構成を有する個別磁石を備えるＭＥＥＳ装置例の実施形態を示す略図である。
【図１９Ｂ】磁石を結合する方法に対して異なる構成を有する個別磁石を備えるＭＥＥＳ装置例の実施形態を示す略図である。
【図１９Ｃ】磁石を結合する方法に対して異なる構成を有する個別磁石を備えるＭＥＥＳ装置例の実施形態を示す略図である。
【図１９Ｄ】磁石を結合する方法に対して異なる構成を有する個別磁石を備えるＭＥＥＳ装置例の実施形態を示す略図である。
【図２０Ａ】ＭＥＥＳ装置例の実施形態の磁性構造体アレイ例を示す異なる図における略図である。
【図２０Ｂ】ＭＥＥＳ装置例の実施形態の磁性構造体アレイ例を示す異なる図における略図である。
【図２０Ｃ】ＭＥＥＳ装置例の実施形態の磁性構造体アレイ例を示す異なる図における略図である。
【図２１】ＭＥＥＳ装置を操作するための回路例の実施形態を示す略図である。
【図２２】ＭＥＥＳ方法例の実施形態を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
概要
一実施形態において、システムは、第１非磁性導電性電極と、第２非磁性導電性電極と、第１および第２電極の間に設置されており第１および第２電極の間に延びている誘電層と、個別磁石からなる複数対の磁気結合ペアリングを備えており非磁性材料により分離されている第１および第２層とを備えており、少なくとも第１層の磁石は第１非磁性導電性電極と導電接続されている。
【００２３】
詳細な説明
効果の原因または由来に関して如何なる理論にも縛られたり限定されたりすることなく、磁気強化型エネルギー貯蔵（ＭＥＥＳ：Ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｔｏｒａｇｅ）システム、装置および方法を備える発明のある実施形態が開示される。実施形態は、以下のうち一または複数を含む作動上の原理により、物理的作用の組み合わせを利用してコンデンサのエネルギー密度増加を実現する。すなわち、（ａ）誘電体は電場の外部影響および磁場のそれに対して個別におよび独立して反応し、このような誘電体は組み合わせてこのような外部場力影響に対して反応する。また、（ｂ）コンデンサの電極の電荷を貯蔵する電極に対する強い磁力の影響は、電極と誘電体との界面において電子軌道の状態の密度も大きく増加させることができ、したがって電極におけるより高い電子占有率（たとえば増加された電荷）を提供する。したがってＭＥＥＳシステムおよび方法のある実施形態の電場および磁場力の外部影響の組み合わせの適用下で、コンデンサの電極および誘電体は、有益な効果に対して、特に大きな量子占有率に関して定義可能なこのような密度により劇的に大きなエネルギー貯蔵密度に対する容量を有することが可能となる。
【００２４】
以下の説明から明らかになる理由により、上述した従来の構造体に比べ、ＭＥＥＳシステムのある実施形態はコンデンサ構造体の内部にすべての、または主にすべての有益磁束を維持して磁束の影響を電子軌道のエネルギーレベルに亘って役立てて、ＭＥＥＳ装置等のＭＥＥＳシステム内部におけるエネルギー密度の有益な強化を提供する。加えて、または代替として、ＭＥＥＳシステムのある実施形態は、本開示の磁気強化型エネルギー貯蔵装置の寸法サイズを増加させながら同時に磁場強度の減弱を避けることを可能にするため、並外れたエネルギー密度を達成する際にエネルギー貯蔵装置の機能の迅速なスケーラビリティを提供する。
【００２５】
ちなみに、誘電体とは、加えられる電場により「分極化」される性質を持つ絶縁体である。誘電性分極化により、原子（または分子全体）における正電荷は場に向けて移動し、負電荷は場から離れて逆方向に移動する。原子レベルでは、電子のスピン結合相互作用が変化し、その軌道は電場の力により並べ替えられる。誘電体の分極化は同様に、誘電体自身の内部における場とコンデンサの電極間の広がりを横切る場とを全体的に減少させる内部電場を生じさせる。分極の度合いは比誘電率と称される数により表現される。外部電場強度のこのような分極／スピン軌道相互作用の発現はシュタルク効果と称される。量子論によると、電子軌道に対する電場強度の効果は、主量子数ｎの各エネルギーレベルを、電場強度に比例する等距離レベル２ｎ−１に分割するものである。
【００２６】
シュタルク効果に類似しているのがゼーマン効果（またはパッシェン−バック効果）であり、加えられた磁場の存在下において原子のエネルギーレベルが分割される。磁場が十分に弱い場合、分割は平静レベル間のエネルギー差に比べて小さく、ゼーマン効果と称される。弱い場の場合、図１０Ａに例示されているベクトル模型１００Ａは、軌道角運動量Ｌのスピン角運動量Ｓに対する結合は、外部磁場Ｂに対するその結合よりも強いことを意味している。このようにスピン軌道結合が優勢である場合、結合して総角運動量Ｊを形成し、続いて磁場方向周りに歳差運動をするように見える。磁場を中心とした大きな歳差運動円錐形の縁部を形成する矢符により示されるように、ＬおよびＳは個別に保たれるのではなく、総角運動量Ｊ＝Ｌ＋Ｓのみが保たれる。スピンおよび軌道角運動量ベクトルは、（一定の）総角運動量ベクトルＪ周りに歳差運動すると考えられる。すなわち図１０Ａから明らかなように、二つの独立した歳差運動する運動量の円錐形が結合して、トルクをかけられて磁場（Ｂ）により近づいて整列する一つの円錐形になり、ＬおよびＳ円錐形は無くなりＪ円錐形が結果として生じる。（時間）「平均」スピンベクトルは続いてＪの方向へのスピンの投影像となる。同様に、図１０Ｂの模型１００Ｂにより例示されるように、強い場の場合はパッシェン−バック効果が発生し、ＳおよびＬは互いに対してよりも外部電場に対してより強く結合し、外部場方向周りに独立して歳差運動をするように見える。このような効果はゼーマン効果の強い場に限定されたものである。
【００２７】
磁気量子数は外部磁場の影響による原子軌道のエネルギーシフトを決定することから、磁気量子数と名付けられている（例えばゼーマン効果）。しかしながら原子軌道における電子の実際の磁気双極子モーメントは電子角運動量だけではなく、スピン量子数に表現される電子スピンからも生まれる。原子物理学において磁気量子数は一連の量子数（主量子数、方位量子数、磁気量子数およびスピン量子数）のうちの３つ目であり、磁気量子数は電子の特有の量子状態を指し、文字ｍで表される。磁気量子数は亜殻内部で利用可能なエネルギーレベルを指す。
【００２８】
原子のエネルギー状態に関連した一連の量子数が存在する。４つの量子数ｎ、ｌ（エル）、ｍおよびｓは、波動関数または原子軌道と称される原子における単一電子の完全および固有の量子状態を特定する。シュレディンガー方程式の波動関数は、解いたときに最初の３つの量子数に通じる３つの方程式に変形される。したがって、最初の３つの量子数に対する方程式はすべて相互に関連づけられている。磁気量子数は、波動方程式の方位部分の解に現れる。
【００２９】
量子状態に関連づけられた磁気量子数はｍで表される。量子数ｍは大まかには角運動量ベクトルの方向を表す。磁気量子数ｍは電子のエネルギーに影響を与えないが、電子雲には影響を与える。任意のｌ（エル），ｍは−ｌ（エル）からｌ（エル）までのいずれかの整数とされる。より詳細には、一定の軌道運動量量子数ｌ（角運動量に関連付けられた方位量子数を表す）に対して、−ｌ（エル）からｌ（エル）までの範囲の２ｌ（エル）＋１個の整数磁気量子数ｍが存在し、これが量子化軸に沿った総角運動量の端数を制限して値ｍに限定される。この現象は空間量子化として知られている。各電子軌道は磁場において磁気モーメントを有しているため、電子軌道は、磁場に平行なベクトルＬを生じやすいトルクの対象となる。磁場における電子軌道の歳差運動はラーモア歳差運動と称される。
【００３０】
磁気量子数ｍを説明するため、次の方程式により量子数ｌ（エル）に関連する原子内電子の角運動量Ｌから始めることとする。
Ｌ＝ｈ√（ｌ（エル）（ｌ（エル）＋１））
ただし、ｎ＝ｈ／２πは減じられたプランク定数である。波動のエネルギーは周波数にプランク定数を乗じたものである。これにより、波動は量子と称されるエネルギーの粒子状パケットを表現する。量子状態の各量子数を示すために、各量子数に対する公式は減じられたプランク定数を含んでおり、特定の、個別のまたは量子化されたエネルギーレベルのみを許可する。
【００３１】
角運動量の特定の個別量のみが許可されることを示すために、ｌ（エル）は整数でなければならない。量子数ｍは、従来ｚ方向と称される一定の方向に対する角運動量の投影を指す。ｚ方向における角運動量の構成要素であるＬｚは次の公式により与えられる。
【００３２】
ＬＺ＝ｍｎ
磁気量子数（ｍｌ（エル）＝−ｌ（エル），−ｌ（エル）＋１，・・・，０，・・・，ｌ（エル）−１，ｌ（エル））に対する公式を表す別の方法は、固有値Ｊｚ＝ｍｌ（エル）ｈ／２πである。
【００３３】
コンデンサに貯蔵されるエネルギーは次のように計算される。
Ｅ＝１／２ＣＶ２
ただし、Ｅはエネルギーであり、Ｃは静電容量であり、Ｖは電圧である。
【００３４】
導体の幾何学形状および導体間の絶縁体の誘電特性が既知である場合、静電容量を計算することができる。例えば距離ｄだけ離れた領域Ａにおける二枚の平行板から構成される平行板コンデンサの静電容量は、次の値に略等しい。
【００３５】
Ｃ＝εｒε０Ａ／ｄ
ただしＣは静電容量であり、Ａは二枚の板の重なり面積であり、εｒは板間の材料の比誘電率（誘電率ともよばれる）であり（真空ではεｒ＝１）、ε０は真空の絶対誘電率（ε０≒８．８５４×１０−１２Ｆｍ−１）であり、ｄは板間の距離である。
【００３６】
静電容量は重なり面積に比例し、導電シート間の距離に反比例する。シート同士が近いほど静電容量は大きくなる。板間の他の寸法に比べてｄが小さくコンデンサ内の場がほとんどの領域で均一である場合、上の式は良好な近似式であり、周辺のいわゆるフリンジング場は僅かに寄与する。
【００３７】
ＭＥＥＳシステムのある実施形態に関わる根本的な物理学を説明してきたが、以下の説明は、磁気強化型エネルギー貯蔵装置または概してＭＥＥＳシステムの構造体例の一または複数の実施形態と従来の構造体とのいくつかの違いに向けられている。概して、ＭＥＥＳシステムのある実施形態は、磁性材料が装置全体の幅に亘って連続して広がってはいない（従来技術の少なくとも一つの磁性層は装置全体に広がる）点においてすべての従来技術とは差別化される。それよりも磁性材料は、装置全体の寸法規模にかかわらず、対向極間距離を小さくすることにより磁場強度を維持しながら磁束強度を増幅し、エネルギー密度の予想外な並外れた増加を生じるべく構成された個別磁性構造体にパターン化される。
【００３８】
ＭＥＥＳシステムのある実施形態の磁気強化型エネルギー貯蔵装置が従来技術と相違している一つの理由は、磁気回路網が装置の電場内部に完全に包囲されて、予測されない相乗的な効果を求めて協働する磁場および電場を提供すべく構成されており、磁気回路網のこのような封じ込めはエネルギー密度効果における合成的な特に大きな予想外なゲインを提供する。ＭＥＥＳシステムおよび方法は、特に大きな磁気静電容量効果（ｓＣＭＣ）を引き出すことが証明されている個別構造設計を利用しており、固有の組み合わせ効果が合成構成体の個々の構成要素により予測されるものを遙かに超える劇的に強化されたエネルギー貯蔵密度を実現する。希土マンガナイト、例えばＣｕＣａＴｉＯ３等の磁気容量特性を有することで知られていないＳｉＯ２を誘電材料として用いながらこのような効果が生じることを考えると、ｓＣＭＣ効果は特に注目に値し、また予想外なものである。さらにＳｉＯ２は比較上、Ｋ値３．９を有するかなり低い比誘電率の材料であるにも関わらず、ＭＥＥＳシステムの実施形態の構造体の試験からは、ＳｉＯ２を用いた非磁気強化型構造体の値の２５，０００倍から７０，０００倍以上の範囲の容量値が得られる。ＭＥＥＳシステムのある実施形態は、エネルギー貯蔵密度において予測できないほど大きなゲインを実現する合成構造体を提供する。
【００３９】
本開示のＭＥＥＳシステムのある特徴の概略を述べてきたが、以下では図面に示されるように本開示の説明を詳しく述べる。本開示は図面と関連して説明されるが、本明細書に開示される実施形態に限定されると意図するものではない。例えば、以下の説明では上側および下側磁石の逆平行双極子配向を有するＭＥＥＳシステムに主に焦点があてられているが、いくつかの実施形態において、平行双極子配向を採用してもよい。さらに、上側および下側構造体の例について述べるが、構造体の配向は垂直関係であると意図するものではなく、同一または同様の構造体を有する他の配向も本開示の範囲内に含まれると考えられる。さらに、本明細書は、一または複数の実施形態の詳細について特定または記載するが、このような詳細は必ずしもすべての実施形態に含まれるものではなく、また記載される様々な利点が必ずしも単一の実施形態またはすべての実施形態にすべて関連するものでもない。むしろ、添付クレームにより定義されるように、本開示の精神および範囲に含まれるすべての代替物、改造物、同等物を含むと意図するものである。さらに、クレームは必ずしも説明において明らかにされる特定の実施形態に限定されないことは、本開示の文脈から理解されるべきである。なお、以下の図面において磁束の例示は例証を目的としたものであり、磁束の量または範囲は図面から理解されるものよりずっと高い密度および強度、あるいは、密度または強度を有していてもよい。
【００４０】
図１１Ａでの例示は磁気強化型エネルギー貯蔵（ＭＥＥＳ）装置１１０の実施形態の３次元切欠き斜視略図を示す（また、図１１Ｂおよび図１１Ｃはそれぞれ側面略図および上面略図を示す）。ＭＥＥＳ装置構造体１１０（例えば１１０Ａ、１１０Ｂおよび１１０Ｃ）の一実施形態は、図１１Ａ〜図１１Ｃに示されるように、基板１１２（例えばシリコンウェハ、ガラス片等）と、基板１１２上に設置されて基板に対する導電からＭＥＥＳを絶縁する任意の誘電／絶縁層１１４と、層１１４上に設置された非磁性導電性電極層１１６（例えばアルミニウム、銅等）と、下側導電性電極層１１６に導電接着された個別磁石１２０（下側）のパターンと、下側磁石１２０および上側磁石１２４の双極子端部を封入し個別磁石１２０および１２４間に充填層として連続する誘電体１２２と、個別磁石１２０の下側パターンに対して逆平行の双極子配向を有しており上側導電板１２６に導電接続されている個別磁石１２４の上側パターンとを備える。いくつかの実施形態において、すべてまたは一部の磁石１２０および１２４の封入（埋め込み）は完全に（例えば各磁石の全表面、およびある程度まで「流動的に」誘電体の内部）誘電体１２２の内部で行われてもよい。いくつかの実施形態において、すべてまたは一部の磁石１２０および１２４は誘電体１２２内部に部分的に埋め込まれてもよい（例えば磁石の全表面はそれぞれの導電性電極に隣接する表面を除いて封入されてもよく、大多数の磁石は誘電体の内部に封入される等）。
【００４１】
上述の設計に対する代替の実施形態１１０Ｂは、図１２Ａ（斜視図）および図１２Ｂ（側面図）に示されているように、それぞれの導電性電極板１１６および１２６に部分的に埋め込まれた個別磁石１２０および１２４を含む。誘電体の封入または埋め込みに関しては上記と同様に、いくつかの実施形態において、すべてまたは一部の磁石１２０，１２４の封入は完全に（例えば各磁石の全表面）それぞれの電極１１６，１２６の内部で行われてもよい。いくつかの実施形態において、すべてまたは一部の磁石１２０，１２４は部分的にそれぞれの磁石１１６，１２６の内部に埋め込まれてもよい（例えば磁石の全表面は誘電体１２２に隣接する表面を除いて電極により封入されてもよく、大多数の磁石は誘電体の内部に封入される等）。いくつかの実施形態において、封入（または非封入）の範囲は、図１２の「最上」電極１２６に関連づけられた磁石と、同図の「最下」電極１１６に関連づけられた磁石とで異なっていてもよい。
【００４２】
なお、ある実施形態において、電極という用語は、磁性および非磁性、あるいは、磁性または非磁性であり、定義された極性の電力が加えられている導電層を指す。
図１１（例えば図１１Ａ）に示されている設計１１０Ａに対する例示的積層体１１０Ａ−１の一実施形態は、図１３に例示されるようであってもよい。本開示の文脈において、図１３に示されている構成（例えば材料の組成および厚さ、あるいは、材料の組成または厚さ）は例示を目的としたものであり、いくつかの実施形態は異なる他の材料や異なる厚さ寸法および配置を使用してもよいことは当業者に理解されるべきである。
【００４３】
図１４Ａ〜図１４ＣにＭＥＥＳ装置１４０Ａとして描かれているさらに改良された実施形態は、導電性電極１４２のうちの一つに向けられた磁場影響および磁束回路を含む。一実施形態において、ＭＥＥＳ装置１４０Ａの構造体は、基板１４４（例えばシリコンウェハ、ガラス片等）と、基板１４４上に設置された任意の誘電／絶縁層１４６と、層１４６上に設置された非磁性導電性電極層１４８（例えばアルミニウム、銅等）と、誘電体１５２と、少なくとも部分的に誘電体１５２に埋め込まれた個別の下側１５４および上側１５６磁石のパターンと、上側導電性電極１４２とを備える。図１４Ａ〜図１４Ｃに示されている設計は極性磁気強化型エネルギー貯蔵装置になることができ、個別磁石１５４，１５６の導電接着されたパターンを有する導電性電極１４２は、装置が充電回路により充電されるときに電子が貯蔵される板である。誘電体の内部への封入は、すべてまたは一部の磁石１５４，１５６に対して完全に行ってもよく、また図１１〜図１２に関連して上述されたのと同様に部分的に行ってもよい。なお、いくつかの実施形態において、充電回路は、磁石が一つも導電接続されていない（例えば図１４Ａの最下板１４８）板に対して正に連結されてもよい。図１４Ａ〜図１４Ｃに関連して上述された実施形態に関連して図示されているように、個別磁石が最上（例えば正の）導電性電極板１４２と最下（例えば負の）導電性電極板１４８との間の誘電材料全体に広がる磁束路を有する場合に比べて個別磁石１５４，１５６の逆平行双極子配向の双極子端部からの垂直磁束戻り間隙はずっと近いことから、この構造体１４０Ａ（図１４Ａ〜図１４Ｃ）はより強い磁場電位を提供するため従来技術とはさらに大きく異なる。この設計は正および負の電極１４２，１４８間の誘電体を横切る電気的短絡を生じない（例えば磁石構造体のパターニングを形成するために必要とされる単一段階のミリング処理から生じる導電性残留物による）ことから、例えば製造のし易さという観点から好まれるであろう。
【００４４】
また、図１４Ａ〜図１４ＢのＭＥＥＳ装置１４０Ａの逆平行磁石間に挟まれた区域は、個別の上側１５６および下側１５４逆平行双極子配向磁石の界面結合を分離する薄い非強磁性充填材料１５８であってもよい。この充填材料１５８は（例えば低いＫ値、高いｋ値、または磁気容量材料の）誘電体であってもよく、あるいは銅、アルミニウム、チタニウム、タングステン、金、銀、ルテニウム、タンタル等の導電性非磁性材料、または導電性反強磁性材料であってもよい。
【００４５】
図１４Ａ〜図１４Ｃに示されているＭＥＥＳ装置１４０Ａの代替実施形態は、図１５Ａ〜図１５Ｂに示されているＭＥＥＳ装置１４０Ｂにより例示されるように、個別磁石を完全にまたは部分的に非磁性導電性電極板に埋め込む。図１４Ａ〜図１４Ｂと図１５Ａ〜図１５Ｂとにおいて同様の番号を付された構成要素は同じ構造であることから、そのさらなる説明は簡略化のために省略する。図１１Ａ〜図１２Ｂに関連して上述された封入法と同様、完全封入（例えば、図１５および図１６、あるいは、図１５または図１６に示されたすべてまたは一部の磁石に対して、部分封入（例えばすべてまたは一部の磁石に対する一つを除くすべての表面、誘電体または電極に封入された一または複数の磁石の大多数等）を含む多くの異なる封入タイプを異なる実施形態で使用してもよい。これらの設計は個別磁石のパターニングおよびこのような誘電材料の平坦化から形成される間隙間に誘電体を蒸着してアレイにおける少なくとも最上個別磁石の導電接着を提供する必要性を将来的に無くすため、製作コストを単純化および低減するかもしれない。
【００４６】
図１６Ａ〜図１６Ｂは、個別磁石１５４，１５６のほとんど完全に（例えば一つを除くすべての表面が非磁性電極材料に封入されている）埋め込まれたパターンを有するＭＥＥＳ装置１４０Ｃの別の実施形態の３次元切欠き斜視略図（図１６Ａ）および側面略図（図１６Ｂ）を示す。図１４Ａ〜図１４Ｂと図１６Ａ〜図１６Ｂとにおいて同様の番号が付された構成要素は同じ構造であることから、そのさらなる説明は簡略化のため省略する。図１６ＡのＭＥＥＳ装置１４０Ｃは個別磁石１５４，１５６の部分的に（例えば同様に上述されたように、一つを除くすべての表面、大多数の磁石等）埋め込まれたパターンを有する設計の３次元切欠き図を提供する。また右側（図１６Ｂ）に例示されているのは、個別磁石１５４，１５６の部分的に埋め込まれたパターンを有する設計（１４０Ｃ）の側面切欠き斜視図である。
【００４７】
一実施形態において、合成構造体は、接触表面の誘電材料とは逆の磁性構造体側に非磁性低電気抵抗導電体に電気接続された個別磁石構造体を有して、磁性材料の比較的高い電気抵抗を通って進む変位電流（すなわち電荷）の距離を最小化するものである。このような非磁性導電体は事実上、電極の磁性部分の間隙に広がって、このような非磁性導電体がストリップまたは最も好ましくは全容量型板である状態で、そうしなければ非容量性表面領域であるものに対して容量効果を提供する。非磁性導電板が誘電層を通過する磁束の区域を覆う磁石のパターンの大寸法形式に対して特に大きな磁性容量効果、高エネルギー密度貯蔵およびスケーラビリティを達成して、装置構造体内部に高強度磁場を維持し装置の非磁性導電体の間隙を横切って誘導される増幅電場効果と併せて高強度磁場を働かせることは重要である。装置の上側および下側導電板を形成するために低電気抵抗材料を使用することは、改良された通電静電容量の実現に関して有益であるため、より高い電流充放電循環に役立つ。代替の実施形態は上述のように、非磁性低電気抵抗電流導電体の表面に埋め込まれるべき非磁性低電気抵抗電流導電体に電気接続された少なくとも一部またはすべての個別磁石を有するものである。さらに別の実施形態は、これも上述のように、非磁性低電気抵抗電流導電体板に完全に埋め込まれる個別磁石を有することになる。図１４Ａ〜図１６Ｂに関連して上述された実施形態は「最上」電極の近位にある磁石を示すが、いくつかの実施形態において、磁石は「最下」板の近位にあったり、「最上」および「最下」板に近い個別磁気結合ペアリングの複製により「最上」および「最下」板に近位であったりしてもよい。
【００４８】
図１４Ａに示されているＭＥＥＳ装置１４０Ａに対する例示的積層体１４０Ａ−１の一実施形態は図１７に示されているようであってもよい。本開示の文脈において、図１７に示されている構成（例えば材料の組成および厚さ、あるいは、材料の組成または厚さ）は例示を目的としたものであり、いくつかの実施形態は異なる他の材料または異なる厚さ寸法および配置を使用してもよいことは当業者に理解されるべきである。
【００４９】
ＭＥＥＳ装置およびシステム、あるいは、ＭＥＥＳ装置またはシステムの一もしくは複数の実施形態に対する構造体の磁石は、強磁性材料（例えば鉄、コバルト、ニッケル）の合金の組み合わせまたは個々の要素を含む様々な強磁性材料（例えば強磁性特性を有する）から作られてもよく、ホイスラ合金から作られてもよい。合金は、窒素、ホウ素、サマリウム、アルミニウム、銅、炭素、ネオジムおよびジスプロシウム等、有益な特性を実現する添加剤を含んでも含まなくてもよい。個別磁性構造体は、均一材料であってもよく、様々な合成物の積層体、例えばＣｏＦｅ、ＮｉＦｅまたはＣｏＮｉＦＥの単一層からなってもよく、ＣｏＦｅ層の上に置かれたＮｉＦｅの上に置かれたＣｏＦｅ等の薄膜合金の積層体であってもよく、ＣｏＦｅ層を有するコバルトシード層であってもよく、薄膜層の他の配置または組み合わせであってもよい。磁石積層体は反強磁性の層を利用して、層を所望の逆平行構成に固定するのを助けることができる。例えばいくつかのＭＥＥＳ装置の実施形態は強磁性金属（例えばコバルト、鉄、ニッケルおよびこれらの合金）を反強磁性金属（例えばＦｅＭｎ）と共に利用して交換付勢結合を磁性構造体の内部に提供してもよく、これにより、双極子方向を固定に、対応する磁性構造体の異方性を選択的に強めるのを助けてもよい。すなわちいくつかの実施形態において、反強磁性体を使用することにより強磁性構造の保磁力を区別する能力が高まるかもしれない。また、反強磁性体を使用することにより交換付勢が生じるため強磁性体の全体的な硬度が増加し、これによりＡＣモードで使用されるときにコンデンサの周波数応答特性を変化させたり外部磁場により変えられる可能性が低下することに関して、コンデンサは改良された「凹凸」を有することになるかもしれない。いくつかの実施形態において、一つの強磁性層のみが反強磁性材料層に対して交換結合により固定されてもよい。またいくつかの実施形態において、二つの個別強磁性層が反強磁性層に対して結合されてもよい。この場合、逆平行磁気双極子方向強磁性体の間にゼロまたは僅かな追加のスペーサが存在するか、代わりに個別強磁性体間に反強磁性層のみが存在する。
【００５０】
異方性（例えば例示的ＭＥＥＳ装置の実施形態に対する）を提供する方法の一実施形態は、例えば永久磁石により提供される磁場またはＤＣ動力による電磁場を利用して、基板を蒸着チャンバ内の定位置に保持しながら磁場の影響下で磁性材料を蒸着する工程を含む。さらに、逆平行双極子配向を実現する前記方法は、ＤＣ動力による電磁場の一方向の影響下で磁性材料の第１層を蒸着し、続いてＤＣ動力による電磁場の逆方向の影響下において逆平行磁性構造体を蒸着する工程を含む。磁場の影響下における成形加工後のアニーリングは、磁性層の双極子配向および異方性を達成するために利用される別の機構であってもよく、逆平行磁性配置にされることが望ましい磁性構造体は異なる保磁特性を有するため、アニーリングチャンバ内の温度が変化するにつれてアニーリングチャンバにおいて実現される磁場が逆方向になるとき、保磁特性はアニーリング時の逆平行構成内で整列することになる。磁性積層体を望ましい逆平行構造に整列させる別の方法は、磁性材料から構成された一つの磁性構造体を構成し、磁性アニーリングの間に両磁性構造体が共通の磁性整列にされた後に他の磁性構造体に圧を加えることが可能な場強度を有する方法である。
【００５１】
逆平行磁性積層体は、長方形、楕円形、長円形、菱形、半円形、三角形状のもしくは丸みを帯びた双極子端部区域を有する長方形、を非限定的に含む様々な構成（例えば形状および寸法）にパターン化することができる。このような成形により、改良された形状異方性および磁束集束効果の少なくとも一方を提供したり、装置の単位表面積当たりの双極子端部の高密度化を可能にしたりすること、磁場の強化および磁気回路の磁束の高密度化の少なくとも一方を実現することができる。単位水平表面積当たりの総逆平行磁性積層体の密度を増加させるために積層体の混合アレイが使用されるとき、各個別逆平行結合磁性積層体は、隣接する逆平行結合磁性積層体と類似していなくてもよい。２×３磁石複合構造アレイに対するいくつかの磁石構成例（例えば幾何学寸法および磁石間隔）は図１８に例示されているが、いくつかの実施形態では他の構成（例えば寸法、幾何学構成、および間隔、あるいは、寸法、幾何学構成、または間隔）を使用してもよいことは理解されたい。例えば、２×３配置で示されているが、本開示の文脈において当業者に理解されるように、いくつかの実施形態においては個別磁石のペアリングが単一対か、または単一対より多い対（例えば１０対、１００対、１０００対等）であってもよい。
【００５２】
いくつかの実施形態において、磁気強化型エネルギー装置合成構造体は軸方向（すなわちＺ方向）に交互の電気的極性を繰り返して、より大きな単位基板表面積当たりのエネルギー密度に対する平行回路網におけるエネルギー貯蔵装置の積層体を提供することができる。図１９Ａおよび図１９ＢはＭＥＥＳ装置１９０Ａと表されるＭＥＥＳ装置実施形態を例示しており、合成構造体の個別磁石１９２は、ＭＥＥＳ装置１９０Ａが充電されたときに電子が近づく方向に変位する（例えば貯蔵される）導電体１９６に導電接続された磁石１９２からなる少なくとも一つの（例えば１９４）磁気結合対を有する。図２１Ｃ〜図２１ＤはＭＥＥＳ装置１９０Ｂの実施形態を例示しており、合成構造体の個別磁石１９２は、両方の対向電気的極性導電性構造体１９６，１９８のそれぞれに導電接続された磁石１９２の磁気結合対をそれぞれ一つ有する。
【００５３】
図２０Ａは、フリップチップ設計として構成された例示的ＭＥＥＳ装置２００の実施形態の代表例を切欠き図で示す。ＭＥＥＳ装置２００は、磁石アレイ２０４の上に隣接して設置された金属コンタクトパッド領域２０２を備える。磁石アレイ２０４は誘電体２０６の上に隣接して設置されている。誘電体２０６は、金属２１０の上に隣接して設置された磁石アレイ２０８の上に隣接して設置されている。また、構造体（例えば２０２〜２１０）に対して横方向に隣接して示されているのはパッド間隙２１２である。パッド間隙２１２は空気／誘導体であってもよい。パッド間隙２１２に対して横方向に隣接しているのは、金属ビア２１６を備えた金属コンタクトパッド領域２１４である。図２０Ｂは磁性構造体２０４，２０８の個別磁気結合ペアリングのアレイの例を示す上からの切欠き斜視図と、対磁性構造体２０４，２０８のうち一方が合成構造体の各非磁性導電材料に導電接触している本実施形態を示す断面図とを提供する。導電接触は、図２０Ｂの上側に丸で囲まれた区域を描く拡大図２０Ｃに詳細が示されている。
【００５４】
図２０Ｃ〜図２０Ｄは、断面図２０Ｂに丸の囲まれた区域の詳細に関する拡大図を示す。図２０Ｃを参照すると、パッド２０２に隣接して設置された磁石２０４および金属コンタクトパッド領域２０２を一方の端部に、金属２１０に隣接して設置された金属２１０、磁石２０８を他方の端部に、また両端部構造体の間に挟まれた誘電体２０６を含む合成構造体の構成材料例が示されている。図２０Ｄは、ＭＥＥＳ装置２００のフリップチップ設計の上部に接触表面２１４を提供すべく最下導電体２１０から延びるビア２１６の構造を示す。
【００５５】
上述のように従来の構造体は、電極のうち少なくとも一つが電極の全体幅に広がる磁石を有するように構成されているために磁束回路網が電場から逸れて通過し、結合された磁場および電場を装置内部に影響させないという短所や従来の回路網は総エネルギー貯蔵量を増加させようとする中で構造体をより大きな寸法規模にした場合に磁場強度の低下を生じるかもしれないという短所を共有していることが知られてきた。
【００５６】
一方、ＭＥＥＳシステムのある実施形態は磁石の個別対の磁気結合を利用して高磁気抵抗（すなわち非磁性材料）を通る磁束回路を最小限にして、強い磁場強度を維持し磁束回路がＭＥＥＳ装置構造体内部（例えば誘導体および非磁性導電板、あるいは、誘導体または非磁性導電板内）に完全にまたは主に含まれるようにし、有益な静電容量効果を提供する。
【００５７】
いくつかの実施形態において、ＭＥＥＳ装置は例えば二つの構成材料と、個別磁化磁性材料要素と、非磁性導電材料要素とを使用して合成構造体を実現してもよく、該合成構造体は、個々の構成部分の合計を超える予想外な電気的特性およびエネルギー貯蔵成果を生じる。
【００５８】
合成材料（複合材料とも称され、短く合成物とも称される）は、組み合わされたときに個々の構成材料および構成要素、あるいは、構成材料または構成要素とは異なる特徴を有する材料を生成する、大きく異なる物理的、化学的、電気的および磁気的特性、あるいは、物理的、化学的、電気的または磁気的特性を有する二つ以上の構成材料から作られた材料を指す。合成物内部において、個々の構成要素は完成した構造体内部で分離し、また別個の状態のままである。この新規材料は多くの理由から望ましいものであるかもしれない。
【００５９】
ＭＥＥＳ装置のある実施形態の構造体がｓＣＭＣの効果および値を実現することを含め個々の構成要素とは異なる特徴を実現するという事実は予測されなかった。実際、ＭＥＥＳ装置は、個々の構成材料および構成要素の静電容量を超える成果を実現する。
【００６０】
図２１は、ＭＥＥＳ装置を作動させる例示的回路２２０を提供する。回路２２０は、動力路管理機能を有する完全一体型高入力電圧ＭＥＥＳ装置充電器である。このＭＥＥＳ充電器は、充電電流／充電電圧（ＣＣ／ＣＶ）充電機能を実行することができる。充電器はＶｍａｘまでの入力電圧を受け入れるが、入力電圧がＶＯＶＰ  ＯＶＰ閾値を超えると機能は無効になる。充電電流および充電終止（ＥＯＣ）電流は外部抵抗によりプログラム制御可能である。ＣＶ充電段階の間に充電電流がプログラム制御可能なＥＯＣ電流レベルまで減少すると、ＥＯＣ指示器（ＣＨＧ）がロジックＨＩＧＨにトグルして充電終止状態を知らせる。充電器は、ユーザによりプログラム制御されたタイムアウト間隔が経過するまで充電し続け、続いて停止する。回路２２０は別々の経路を使用してシステム負荷を供給しＭＥＥＳ装置を充電する。この性質により、システムは完全に充電されたＭＥＥＳ装置を用いて直ちに作動することができる。またこの性質により、システムに入力源を供給し続けながら、ＭＥＥＳ装置が完全に充電されると充電を停止させることが可能になるため、不必要な充放電サイクルを最小化できる。二つの指示ピン（ＰＰＲおよびＣＨＧ）は、マイクロプロセッサまたはＬＥＤに対する単純なインターフェースを可能にする。
【００６１】
上記説明を考慮すると、図２２のフロー図に描かれているように方法２３０の一実施形態は、双極子対磁性材料からなる複数の層に異方性を提供する工程（２３２）と、磁性材料を一または複数の幾何学形状にパターニングする工程（２３４）と、複数層の間に誘電層を設置する工程（２３６）と、非磁性対向可能極性導電性電極を設置する工程とを備え、磁性材料は非磁性導電性電極の間または内部に設置される（２３８）ことが理解されるべきである。
【００６２】
フロー図におけるいずれの処理説明またはブロックも、処理における特定のロジック関数または工程を実行するための一または複数の実行可能命令を含む代表的な工程またはモジュール、セグメント、またはコード部として理解されるべきであり、また本開示の当業者に理解されるように、代替の実施が実施形態の範囲に含まれ、機能は関連する機能によって実質的に一致して示されるまたは検討される順序とは異なって実行されてもよい。本開示の文脈において、ＭＥＥＳシステムの一または複数の実施形態が考慮されることは当業者に理解されるべきである。例えばＭＥＥＳ装置の一実施形態は、逆電気的極性の端子にそれぞれ接続されている対向表面の少なくとも二つの充電可能導電性構造体と、導電性構造のうち少なくとも一つを有する対向表面導電性構造体と、個別でありさらに磁気連結されている磁化磁性材料要素の少なくとも一対との導電接触状態にある非磁性導電材料を含む構成材料から構成される合成構造体と、エネルギー貯蔵装置の非磁性材料を通り、磁束回路網部分をエネルギー貯蔵装置の導電性構造体の間に広がるスペースの体積範囲内に完全にまたは一般的に位置させる磁束回路網部分を含有する個別磁化磁性材料要素の構成とを備えてもよい。いくつかの実施形態において、装置は、少なくとも一つの非磁性充電可能対向導電板と磁性幾何学形状との間に同軸上に位置する誘電材料の層を備えてもよい。いくつかの実施形態において、装置は、各磁性幾何学形状の磁性材料の他の選択的な層に対して選択的な磁極性において反対である磁性幾何学形状内部において、磁性材料の各層の選択的磁極性により生じる本質的な強化磁場を有する磁性幾何学形状を備えてもよい。いくつかの実施形態において、装置は、広幅の中央部分と狭幅の端部分とを有する磁性幾何学形状を備えてもよい。
【００６３】
いくつかの実施形態においてＭＥＥＳ装置は、交互の磁極性が磁性材料の層間に選択的に位置するように選択的な磁極性の磁場をそれぞれ有する少なくとも二つの磁性材料層を備えた特別構成磁気強化型エネルギー装置が間に位置する逆電気的極性の端子にそれぞれ接続された少なくとも二つの非磁性充電可能対向導電板を備えていてもよく、前記磁性材料層は、隣接する磁性材料層に対して選択的な磁極性を有する磁性材料層または非磁性材料層に隣接して軸方向に選択的に配置されており、前記磁性材料層は、磁性幾何学形状の磁性材料のいずれも同一面内の他の隣接する磁性幾何学形状の磁性材料に接続されないように面内の充填剤スペースにより互いから分離されている個々の個別磁性幾何学形状にパターン化されており、前記面内の充填剤スペースには誘電材料が充填されており、前記個々の磁性幾何学形状は、非磁性充電可能対向導電板のうち少なくとも一つに電気接続された少なくとも一つの磁性材料層を有しており、前記磁性幾何学形状は、非磁性充電可能対向導電板の境界内部に完全にまたは一般的に包含されている本質的な強化磁場を有しており、磁場は、同じ寸法の対向導電板を有する比較用非磁気強化型エネルギー貯蔵装置の幾何学的静電容量より大きな桁までの測定可能な磁気強化型誘電強度および静電容量により証明されるように、磁気強化型エネルギー貯蔵効果が生じるように非磁性充電可能対向導電板の内部および間に位置する材料に影響を与える。
【００６４】
いくつかの実施形態においてＭＥＥＳ装置は、このような充電可能対向表面の交互の電気的極性を確立することが可能な電気回路に配置された対向表面の少なくとも二つの充電可能導電性構造体と、前記導電性構造体のうち少なくとも一つを有する導電性構造体と、少なくとも一対の磁気結合個別パターン化磁化磁性材料要素と導電接触状態にある非磁性導電材料から構成された合成構造体と、個別磁化磁性材料要素の構成とを備えて、磁気結合に、非磁性材料を通過する磁束の一部を包含させ、またエネルギー貯蔵装置の導電性構造体の間に広がるスペースの体積範囲内に完全にまたは主に位置させる。
【００６５】
いくつかの実施形態においてＭＥＥＳ装置は、誘電材料に埋め込まれており少なくとも二つの非磁性板間にパターン状に構成されている磁性構造体の少なくとも１００個の（または、より多いもしくはより少ない）電気接続対を備えて、磁束を非磁性板間に包含させて強め、幾何学的静電容量よりも大きい静電容量の増加が達成されるように誘電体に影響を与えてもよい。前記磁性構造体対は、少なくとも二つの異なる磁性材料層からなる積層体をそれぞれ備えており非磁性導電材料層または誘電材料層により軸方向に選択的に分離されていてもよい。前記磁性構造体対は、各対の間に逆平行双極子配向を提供するために、逆の磁場において磁性材料の蒸着により形成されてもよい。磁性構造体の各対はエッチング、ミリングまたは他の手段により、広幅の中間部分および狭幅の端部分を有するマッチングパターンに成形される。また、エッチング、ミリングまたは他の手段により磁性材料が除去されたスペースにおける充填剤誘電材料充填と、充填剤誘電体により他のすべての磁性構造体対の磁性材料から面内で分離されている磁性構造体対の磁性材料と、少なくとも一つの非磁性板に電気接続されている各対の少なくとも一つの磁性構造体とを備えてもよい。
【００６６】
いくつかの実施形態においてＭＥＥＳ装置は、誘電体が間に位置する少なくとも二つの非磁性充電可能対向導電板と、交互パターンの逆磁極性下でそれぞれ蒸着され磁性材料により軸方向に分離された少なくとも二つの磁性材料層を備えてもよく、前記磁性材料層の選択的な部分はエッチング、ミリングまたは他の手段により部分的に除去されて、広幅の中間部分および狭幅の端部分を有しており面内の充填剤スペースにより互いに分離されている磁性幾何学形状にパターン化された磁性材料層の残余部分を残し、磁性幾何学形状の磁性材料はいずれも面内で他の磁性幾何学形状の磁性材料に接続されない。面内の前記充填剤スペースには誘電材料が充填されており、前記磁性幾何学形状は、少なくとも一つの非磁性充電可能対向導電板に電気接続された少なくとも一つの層を有する前記磁性材料の残余部分からなる。前記磁性幾何学形状は少なくとも二面において誘電体と接触している。
【００６７】
いくつかの実施形態においてＭＥＥＳ装置は、少なくとも二つの非磁性充電可能対向導電板と、誘電材料に埋め込まれておりパターン状に構成されている少なくとも１００ペアリングの個別磁気結合磁性構造体とを備え、磁束を導電板間に包含して強め、幾何学的静電容量より大きな静電容量の増加が装置内部で達成されるように誘電体に影響を与える。個別磁気結合磁性構造体の前記ペアリングは非磁性材料層により軸方向に分離されており、個別磁気結合磁性構造体のペアリングは、一方の非磁性充電可能対向導電板に導電接続されている。個別磁気結合磁性構造体の前記ペアリング間に逆平行双極子配向および磁束結合を提供するため、前記個別磁石構造体のペアリングは、少なくとも二つの磁性材料層をそれぞれ磁場の選択的な極性下で蒸着することにより形成される。
【００６８】
いくつかの実施形態においてＭＥＥＳ方法は、磁性材料層の残余がミリング、エッチングまたは他の手段により少なくとも１００個の磁性構造体の積層対に形成されて二つの非磁性充電可能対向導電板のうち少なくとも一方の内側表面に接続されるときに磁性構造体対が磁性構造体対の各層内部に逆極性を有し前記磁性構造体対の磁性材料が他の磁性構造体対の磁性材料とは接触しないように、少なくとも二つの磁性材料層を交互に蒸着して前記磁性材料層の間に逆極性の磁場を生成する方法を備えてもよい。前記蒸着方法は、前記磁性構造体対の層の極性が隣接する各層とは逆になるように選択的な極性の磁場を選択的に加える工程を備える。前記磁性構造体対は他のすべての磁性構造体対から面内で分離されており、各磁性構造体対は、広幅の中間部分および狭幅の端部分を持つマッチングパターンを有する。各磁性構造体対の少なくとも一つの磁性構造体は、非磁性充電可能対向導電板のうち少なくとも一つに電気接続されている。
【００６９】
いくつかの実施形態においてＭＥＥＳ装置は、第１非磁性導電性電極と、第２非磁性導電性電極と、第１および第２電極の間に設置されており第１および第２電極の間に延びている誘電層と、それぞれ第１および第２電極に導電接着されており誘電体内部に完全に埋め込まれている第１および第２逆平行個別磁石とを備えてもよい。
【００７０】
いくつかの実施形態においてＭＥＥＳ装置は、第１非磁性導電性電極と、第２非磁性導電性電極と、第１および第２電極の間に設置されており第１および第２電極の間に延びている誘電層と、それぞれ第１および第２電極に導電接着された第１および第２逆平行個別磁石とを備え、第１および第２個別磁石のうち少なくとも一方は、誘電体内部に部分的に埋め込まれておりそれぞれの電極内部に部分的に埋め込まれていてもよい。
【００７１】
いくつかの実施形態においてＭＥＥＳ装置は、単一の非磁性導電性電極と、磁石とは切り離されている導電板と、非磁性導電性電極および導電板の間に設置されており非磁性導電性電極および導電板の間に延びている誘電層と、スペーサにより分離されている第１および第２個別磁石とを備え、第１個別磁石は非磁性導電性電極のみに導電接着されており、第１および第２個別磁石は誘電体内部に完全にまたは部分的に埋め込まれていてもよい。
【００７２】
いくつかの実施形態においてＭＥＥＳ装置は、非磁性導電性電極と、磁石とは切り離されている導電板と、非磁性導電性電極および導電板の間に設置されており非磁性導電性電極および導電板の間に延びている誘電層と、スペーサにより分離されており非磁性導電性電極内部に完全にまたは部分的に埋め込まれている第１および第２個別磁石とを備えてもよい。
【００７３】
いくつかの実施形態においてＭＥＥＳ装置は、単一の非磁性導電性電極と、磁石とは切り離されている導電板と、非磁性導電性電極および導電板の間に設置されており非磁性導電性電極および導電板の間に延びている誘電層と、スペーサにより分離されている第１および第２個別磁石とを備え、第１個別磁石は非磁性導電性電極のみに導電接着されており、第１個別磁石は非磁性導電性電極内部に埋め込まれており、第２個別磁石は誘電体内部に埋め込まれていてもよい。
【００７４】
いくつかの実施形態においてＭＥＥＳ方法は、本明細書に示され説明された特に大きな磁気容量効果を制御する方法、エネルギー密度増幅器において電場および磁場効果の組み合わせを最大化する方法、およびＭＥＥＳ装置を組み立てる方法の何れか一つを備えてもよい。
【００７５】
いくつかの実施形態においてＭＥＥＳ装置は、装置のアレイを有するシステムを備えてもよい。
上述した本開示の実施形態、特に「望ましい」実施形態は単に可能な実施の例であり、単に本開示の原理を明らかに理解させるために述べられたものであることを強調したい。本開示の精神および原理から実質的に逸脱することなく、本開示の上述の実施形態に多くの変更や修正を加えてもよい。このような修正や変更はすべて、本開示の範囲内に含まれ次のクレームにより保護されるものと意図される。
【図１Ａ】
2016537827.tif 000003
【図１Ｂ】
2016537827.tif 000004
【図１Ｃ】
2016537827.tif 000005
【図２Ａ】
2016537827.tif 000006
【図２Ｂ】
2016537827.tif 000007
【図３】
2016537827.tif 000008
【図４】
2016537827.tif 000009
【図５】
2016537827.tif 000010
【図６Ａ】
2016537827.tif 000011
【図６Ｂ】
2016537827.tif 000012
【図７Ａ】
2016537827.tif 000013
【図７Ｂ】
2016537827.tif 000014
【図８】
2016537827.tif 000015
【図９】
2016537827.tif 000016
【図１１Ａ】
2016537827.tif 000017
【図１１Ｂ】
2016537827.tif 000018
【図１１Ｃ】
2016537827.tif 000019
【図１２Ａ】
2016537827.tif 000020
【図１２Ｂ】
2016537827.tif 000021
【図１４Ａ】
2016537827.tif 000022
【図１４Ｂ】
2016537827.tif 000023
【図１４Ｃ】
2016537827.tif 000024
【図１５Ａ】
2016537827.tif 000025
【図１５Ｂ】
2016537827.tif 000026
【図１６Ａ】
2016537827.tif 000027
【図１６Ｂ】
2016537827.tif 000028
【図１９Ａ】
2016537827.tif 000029
【図１９Ｂ】
2016537827.tif 000030
【図１９Ｃ】
2016537827.tif 000031
【図１９Ｄ】
2016537827.tif 000032
【図２０Ａ】
2016537827.tif 000033
【図２０Ｃ】
2016537827.tif 000034
【図２０Ｄ】
2016537827.tif 000035
【図１０Ａ】
2016537827.tif 000036
【図１０Ｂ】
2016537827.tif 000037
【図１３】
2016537827.tif 000038
【図１７】
2016537827.tif 000039
【図１８】
2016537827.tif 000040
【図２０Ｂ】
2016537827.tif 000041
【図２１】
2016537827.tif 000042
【図２２】
2016537827.tif 000043
【手続補正書】
【提出日】平成27年7月30日(2015.7.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１非磁性導電性電極と、
第２非磁性導電性電極と、
前記第１および第２電極の間に設置されており前記第１および第２電極の間に延びている誘電層と、
個別磁石からなる複数対の磁気結合ペアリングを備えており非磁性材料により分離されている第１および第２層と
を備え、前記個別磁石からなる磁気結合ペアリングは個別磁化磁性材料要素および固有の磁場回路要素を備えており、回路の経路は前記対向電気的極性導電性電極の間に広がるスペースの体積範囲内に完全にまたは略完全に位置しており、少なくとも前記第１層の前記磁石は前記第１非磁性導電性電極に導電接続されている、システム。
【請求項２】
前記第１および第２層は前記誘電層に完全に埋め込まれている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１層または前記第２層はそれぞれ前記第１または第２非磁性導電性電極に完全に埋め込まれており、他方の層は前記誘電層に完全に埋め込まれている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１層または前記第２層はそれぞれ前記第１または第２非磁性導電性電極に完全に埋め込まれており、他方の層は他方の非磁性導電性電極に完全に埋め込まれている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１層または前記第２層はそれぞれ前記第１または第２非磁性導電性電極に完全に埋め込まれており、他方の層は前記誘電層および他方の非磁性導電性電極の両方に完全に埋め込まれている、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１層は前記誘電層および前記第１非磁性導電性電極の両方に完全に埋め込まれており、前記第２層は前記誘電層および前記第２非磁性導電性電極の両方に完全に埋め込まれている、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記第２層の前記磁石もまた前記第１非磁性導電性電極に導電接続されており、前記第１および第２層の前記磁石は前記第２非磁性導電性電極とは電気的に切り離されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記複数対のうちそれぞれに対し、前記第１層におけるペアリングの一方の磁石は、前記第２層におけるペアリングの他方の磁石に対して逆平行双極子配向を提供する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１および第２層を分離する前記非磁性材料は誘電体または導電材料を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１および第２層を分離する前記非磁性材料は反強磁性材料を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記磁石のうち一または複数は、広幅の中央部分と狭幅の端部分とを有する幾何学形状を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記磁石はすべて同一および均一な構成を備え、前記構成は幾何学形状、組成または寸法のうち一または組み合わせを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記個別磁石のペアリングまたは第１層の前記磁石は前記個別磁石のペアリングまたは第２層の前記磁石とは異なる構成を有し、前記構成は幾何学形状、組成または寸法のうち一または組み合わせを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記個別磁石の少なくとも第１対の前記磁石は強磁性材料、反強磁性材料、または強磁性および反強磁性材料の組み合わせを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
磁束場は完全にまたは主に、前記第１および第２非磁性導電性電極の間に広がるスペースの体積の間に位置する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
個別磁石からなる複数対の磁気結合ペアリングを備えており、非磁性材料により分離されている第３および第４層をさらに備え、前記第３および第４層のすべてまたは一部は前記第２非磁性導電性電極と前記第１非磁性導電性電極との間に設置されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
双極子対磁性材料からなる複数の層に異方性を提供する工程と、
前記磁性材料を一または複数の幾何学形状にパターニングする工程と、
前記複数の層の間に誘電層を設置する工程と、
非磁性対向可能極性導電性電極を設置する工程と
を備え、前記磁性材料は前記非磁性導電性電極の間または内部に設置されており、前記磁性材料は個別磁石からなる複数対の磁気結合ペアリングを備えており、前記個別磁石の磁気結合ペアリングは個別磁化磁性材料要素および固有の磁場回路要素を備えており、回路の経路は前記対向電気的極性導電性電極の間に広がるスペースの体積範囲内に完全にまたは略完全に位置している、方法。
【請求項１８】
異方性を提供する工程は、磁場の影響を受けながら前記磁性材料を蒸着する工程を備え、第１層は前記磁場の一方向の影響下で蒸着され、第２層は前記磁場の逆方向の影響下で蒸着される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
異方性を提供する工程は、磁場の影響下で前記磁性材料に成形加工後のアニーリングを施す工程、または第１対の磁石に、磁性アニーリングの間に前記対が共通の磁性整列にされた後に前記対の他の磁石に圧を加えるのに十分な場強度を与える工程を備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
誘電層により分離されており逆電気的極性を有すべく構成可能である、対向表面の少なくとも二つの充電可能導電性構造体を備え、前記対向表面導電性構造体は、合成構造体である少なくとも一つの対向表面導電性構造体を有しており、前記合成構造体は、磁気結合個別磁化磁性材料要素の対のうち少なくとも一つの要素と導電接触状態にある非磁性導電材料を含む構成材料から構成されており、
前記個別磁化磁性材料要素の固有磁場要素の構成は、前記対向電気的極性導電性電極の間に広がるスペースの体積範囲内に完全にまたは略完全に位置している、システム。
【請求項２１】
それぞれ端子と接続されて逆電気的極性を提供することができる少なくとも二つの非磁性充電可能対向導電性構造体を備え、その間または内部で対向導電性構造体が磁性材料の少なくとも二つの層に位置し、交互の磁極性が磁性材料の層間に選択的に位置するように各個々の磁性材料層は選択的磁気双極子配向の磁場配向を有し、
磁性幾何学形状の前記磁性材料はいずれも隣接する他の面内磁性幾何学形状に接続されないように前記磁性材料層は非磁性充填材料により面内で互いから分離される個々の個別磁性幾何学形状にパターン化されており、
前記充電可能対向導電性構造体のうちの一つに対する電気接続性を有する個々の磁性幾何学形状の少なくとも一つの層と、
前記充電可能対向導電性構造体の間に挿入された誘電層と
を備え、前記磁化磁性幾何学形状の固有磁場要素の構成は、前記対向電気的極性導電性構造体の間に広がるスペースの体積範囲内に完全にまたは略完全に位置している、システム。
【国際調査報告】
2016537827.tif 000044