(57)【要約】【課題】大きな容量の電気エネルギーを蓄積する装置を提供する。【解決手段】電気エネルギーを蓄積する装置は、水平方向の複数の磁気ダイポールを有する第１の磁性セクション２１２と、鉛直方向の複数の磁気ダイポールを有する第２の磁性セクション２１４と、を有する第１の磁性層２１０と、水平方向の複数の磁気ダイポールを有する第３の磁性セクション２２２と、鉛直方向の複数の磁気ダイポールを有する第４の磁性セクション２２４と、を有する第２の磁性層２２０と、第１の磁性層２１０と第２の磁性層２２０との間に配置された誘電体層２３０とを備える。誘電体層２３０により電気エネルギーを蓄積し、第１の磁性層２１０および第２の磁性層２２０により電流リークの発生を防ぎ、第２の磁性セクション２１４および第４の磁性セクション２２４中の鉛直磁気ダイポールにより、容量を増大させる。【選択図】図２Ｂ
2009260353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向の複数の磁気ダイポールを有する第１の磁性セクションと、鉛直方向の複数の磁気ダイポールを有する第２の磁性セクションと、を有する第１の磁性層と、
水平方向の複数の磁気ダイポールを有する第３の磁性セクションと、鉛直方向の複数の磁気ダイポールを有する第４の磁性セクションと、を有する第２の磁性層と、
前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に配置された誘電体層と、を備え、
前記誘電体層により電気エネルギーを蓄積し、前記第１の磁性層および前記第２の磁性層により電流リークの発生を防ぎ、前記第２の磁性セクションおよび前記第４の磁性セクション中の鉛直磁気ダイポールにより、容量を増大させることを特徴とする電気エネルギーを蓄積する装置。
【請求項２】
電気エネルギーを蓄積するとき、前記第１の磁性セクションの前記磁気ダイポールと、前記第３の磁性セクションの前記磁気ダイポールとは、互いに平行であるか反平行であることを特徴とする請求項１に記載の電気エネルギーを蓄積する装置。
【請求項３】
電気エネルギーを蓄積するとき、前記第２の磁性セクションの前記磁気ダイポールは、前記第１の磁性セクションの前記磁気ダイポールに対して垂直であり、前記第４の磁性セクションの前記磁気ダイポールは、前記第３の磁性セクションの前記磁気ダイポールに対して垂直であることを特徴とする請求項２に記載の電気エネルギーを蓄積する装置。
【請求項４】
電気エネルギーを蓄積するとき、前記第２の磁性セクションの前記磁気ダイポールと、前記第４の磁性セクションの前記磁気ダイポールとは、互いに平行であるか反平行であることを特徴とする請求項３に記載の電気エネルギーを蓄積する装置。
【請求項５】
前記第２の磁性セクションおよび前記第４の磁性セクションは鋸歯形状であることを特徴とする請求項４に記載の電気エネルギーを蓄積する装置。
【請求項６】
前記誘電体層は薄膜であることを特徴とする請求項１に記載の電気エネルギーを蓄積する装置。
【請求項７】
前記誘電体層は誘電体材料からなることを特徴とする請求項１に記載の電気エネルギーを蓄積する装置。
【請求項８】
前記第１の磁性層は磁性薄膜であることを特徴とする請求項１に記載の電気エネルギーを蓄積する装置。
【請求項９】
前記第２の磁性層は磁性薄膜であることを特徴とする請求項１に記載の電気エネルギーを蓄積する装置。
【請求項１０】
充電するとき、前記第１の磁性層および前記第２の磁性層が電源に接続されることを特徴とする請求項１に記載の電気エネルギーを蓄積する装置。
【請求項１１】
放電するとき、前記第１の磁性層および前記第２の磁性層が負荷デバイスに接続されることを特徴とする請求項１に記載の電気エネルギーを蓄積する装置。
【請求項１２】
第１の磁性セクションと、鉛直方向の複数の磁気ダイポールを有する第２の磁性セクションと、を有する第１の磁性層と、
第３の磁性セクションと、鉛直方向の複数の磁気ダイポールを有する第４の磁性セクションと、を有する第２の磁性層と、
前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に配置された誘電体層と、を備え、
前記第２の磁性セクションおよび前記第４の磁性セクション中の鉛直磁気ダイポールにより、容量を増大させることを特徴とする電気エネルギーを蓄積する装置。
【請求項１３】
電気エネルギーを蓄積するとき、前記第２の磁性セクションの前記磁気ダイポールと、前記第４の磁性セクションの前記磁気ダイポールとは、互いに平行であるか反平行であることを特徴とする請求項１２に記載の電気エネルギーを蓄積する装置。
【請求項１４】
前記第２の磁性セクションおよび前記第４の磁性セクションは鋸歯形状であることを特徴とする請求項１３に記載の電気エネルギーを蓄積する装置。
【請求項１５】
前記誘電体層は薄膜であることを特徴とする請求項１２に記載の電気エネルギーを蓄積する装置。
【請求項１６】
前記誘電体層は誘電体材料からなることを特徴とする請求項１２に記載の電気エネルギーを蓄積する装置。
【請求項１７】
前記第１の磁性層は磁性薄膜であることを特徴とする請求項１２に記載の電気エネルギーを蓄積する装置。
【請求項１８】
前記第２の磁性層は磁性薄膜であることを特徴とする請求項１２に記載の電気エネルギーを蓄積する装置。
【請求項１９】
第１の導電セクションと、鉛直方向の複数の磁気ダイポールを有する第２の導電セクションと、を有する第１の電極と、
第３の導電セクションと、鉛直方向の複数の磁気ダイポールを有する第４の導電セクションと、を有する第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置された誘電体層と、を備え、
前記第２の導電セクションおよび前記第４の導電セクション中の鉛直磁気ダイポールにより、容量を増大させることを特徴とする電気エネルギーを蓄積する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気エネルギーを蓄積する装置に関し、例えば、電気エネルギーを蓄積する磁気コンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー蓄積部は、電気デバイスの性能および作動時間に影響を与えるため、我々の生活にとって非常に重要である。回路に使用されるコンデンサや携帯装置に使用される電池などの部品は、電気エネルギーの蓄積部としてよく使用される。
【０００３】
巨大磁気抵抗効果（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｅｆｆｅｃｔ：ＧＭＲ）とは、薄い磁性セクションと薄い非磁性セクションとが交互に形成された構造中でみられる量子力学的効果である。外部磁界が印加されると、巨大磁気抵抗効果によりゼロ磁場の高抵抗状態から高磁場の低抵抗状態へと電気抵抗が大きく変化する。
【０００４】
これにより、巨大磁気抵抗効果は、良好な性能を有する絶縁体として利用できる。そのため、巨大磁気抵抗効果を有する装置は、電気エネルギーを蓄積できる。磁気コンデンサは、巨大磁気抵抗効果を有する装置の一例である。磁気コンデンサは、磁性板に形成されている。磁性板は、磁性板に沿って強い磁界を有するＮ極およびＳ極を有する。実際には、磁界強度は、容易軸（ｅａｓｙ  ａｘｉｓ）に沿った磁気ダイポールの組合せで生成する。図１Ａは、磁気コンデンサ中の磁性板の局限性ダイポール（ｌｏｃａｌｉｚｅｄ  ｄｉｐｏｌｅ）を示す模式図である。図１Ａに示すように、磁気コンデンサは、第１の磁性板１１０、第２の磁性板１２０および誘電体層１３０を含む。第１の磁性板１１０および第２の磁性板１２０は、同じ方向を向いたダイポールを有する。
【０００５】
図１Ｂは、磁性板および磁界強度を表す磁性板の磁界輪郭を示す模式図である。図１Ｂの磁界輪郭の磁力線の密度は磁界強度を表している。図１Ｂに示すように、磁界強度は、磁性板の２つの縁部から離れるに従って減少している。磁気コンデンサは、磁界効果により、図１Ｂに示すような大きな容量を有する。つまり、大きな磁界効果が磁性板の縁部から中央部にかけて低減している。そのため、電気デバイスのサイズが縮小するに従い、限られた領域に大きな容量を蓄積することを可能とする装置が求められていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の理由から、巨大磁気抵抗効果および大容量を有し、電気エネルギーを蓄積する装置が求められていた。
【０００７】
本発明の目的は、大きな容量の電気エネルギーを蓄積する装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）  水平方向の複数の磁気ダイポールを有する第１の磁性セクションと、鉛直方向の複数の磁気ダイポールを有する第２の磁性セクションと、を有する第１の磁性層と、水平方向の複数の磁気ダイポールを有する第３の磁性セクションと、鉛直方向の複数の磁気ダイポールを有する第４の磁性セクションと、を有する第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に配置された誘電体層と、を備え、前記誘電体層により電気エネルギーを蓄積し、前記第１の磁性層および前記第２の磁性層により電流リークの発生を防ぎ、前記第２の磁性セクションおよび前記第４の磁性セクション中の鉛直磁気ダイポールにより、容量を増大させることを特徴とする電気エネルギーを蓄積する装置を提供する。
【０００９】
（２）  電気エネルギーを蓄積するとき、前記第１の磁性セクションの前記磁気ダイポールと、前記第３の磁性セクションの前記磁気ダイポールとは、互いに平行であるか反平行であることを特徴とする（１）に記載の電気エネルギーを蓄積する装置を提供する。
【００１０】
（３）  電気エネルギーを蓄積するとき、前記第２の磁性セクションの前記磁気ダイポールは、前記第１の磁性セクションの前記磁気ダイポールに対して垂直であり、前記第４の磁性セクションの前記磁気ダイポールは、前記第３の磁性セクションの前記磁気ダイポールに対して垂直であることを特徴とする（２）に記載の電気エネルギーを蓄積する装置を提供する。
【００１１】
（４）  電気エネルギーを蓄積するとき、前記第２の磁性セクションの前記磁気ダイポールと、前記第４の磁性セクションの前記磁気ダイポールとは、互いに平行であるか反平行であることを特徴とする（３）に記載の電気エネルギーを蓄積する装置を提供する。
【００１２】
（５）  前記第２の磁性セクションおよび前記第４の磁性セクションは鋸歯形状であることを特徴とする（４）に記載の電気エネルギーを蓄積する装置を提供する。
【００１３】
（６）  前記誘電体層は薄膜であることを特徴とする（１）に記載の電気エネルギーを蓄積する装置を提供する。
【００１４】
（７）  前記誘電体層は誘電体材料からなることを特徴とする（１）に記載の電気エネルギーを蓄積する装置を提供する。
【００１５】
（８）  前記第１の磁性層は磁性薄膜であることを特徴とする（１）に記載の電気エネルギーを蓄積する装置を提供する。
【００１６】
（９）  前記第２の磁性層は磁性薄膜であることを特徴とする（１）に記載の電気エネルギーを蓄積する装置を提供する。
【００１７】
（１０）  充電するとき、前記第１の磁性層および前記第２の磁性層が電源に接続されることを特徴とする（１）に記載の電気エネルギーを蓄積する装置を提供する。
【００１８】
（１１）  放電するとき、前記第１の磁性層および前記第２の磁性層が負荷デバイスに接続されることを特徴とする（１）に記載の電気エネルギーを蓄積する装置を提供する。
【００１９】
（１２）  第１の磁性セクションと、鉛直方向の複数の磁気ダイポールを有する第２の磁性セクションと、を有する第１の磁性層と、第３の磁性セクションと、鉛直方向の複数の磁気ダイポールを有する第４の磁性セクションと、を有する第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に配置された誘電体層と、を備え、前記第２の磁性セクションおよび前記第４の磁性セクション中の鉛直磁気ダイポールにより、容量を増大させることを特徴とする電気エネルギーを蓄積する装置を提供する。
【００２０】
（１３）  電気エネルギーを蓄積するとき、前記第２の磁性セクションの前記磁気ダイポールと、前記第４の磁性セクションの前記磁気ダイポールとは、互いに平行であるか反平行であることを特徴とする（１２）に記載の電気エネルギーを蓄積する装置を提供する。
【００２１】
（１４）  前記第２の磁性セクションおよび前記第４の磁性セクションは鋸歯形状であることを特徴とする（１３）に記載の電気エネルギーを蓄積する装置を提供する。
【００２２】
（１５）  前記誘電体層は薄膜であることを特徴とする（１２）に記載の電気エネルギーを蓄積する装置を提供する。
【００２３】
（１６）  前記誘電体層は誘電体材料からなることを特徴とする（１２）に記載の電気エネルギーを蓄積する装置を提供する。
【００２４】
（１７）  前記第１の磁性層は磁性薄膜であることを特徴とする（１２）に記載の電気エネルギーを蓄積する装置を提供する。
【００２５】
（１８）  前記第２の磁性層は磁性薄膜であることを特徴とする（１２）に記載の電気エネルギーを蓄積する装置を提供する。
【００２６】
（１９）  第１の導電セクションと、鉛直方向の複数の磁気ダイポールを有する第２の導電セクションと、を有する第１の電極と、第３の導電セクションと、鉛直方向の複数の磁気ダイポールを有する第４の導電セクションと、を有する第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置された誘電体層と、を備え、前記第２の導電セクションおよび前記第４の導電セクション中の鉛直磁気ダイポールにより、容量を増大させることを特徴とする電気エネルギーを蓄積する装置を提供する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の電気エネルギーを蓄積する装置は、構造を鋸歯形状にすることにより、大きな容量の電気エネルギーを蓄積することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１Ａ】従来の磁気コンデンサ中の磁性板の局限性ダイポールを示す模式図である。
【図１Ｂ】従来の磁性板および磁界強度を表す磁性板の磁界輪郭を示す模式図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による電気エネルギーを蓄積する装置を示す模式図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態による電気エネルギーを蓄積する装置の限局性ダイポールを示す模式図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態による電気エネルギーを蓄積する装置の限局性ダイポールを示す模式図である。
【図２Ｄ】本発明の一実施形態による電気エネルギーを蓄積する装置の限局性ダイポールを示す模式図である。
【図２Ｅ】本発明の一実施形態による電気エネルギーを蓄積する装置の限局性ダイポールを示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態による磁性板の内側に沿ってナノマグネットを有する磁気コンデンサを示す模式図である。
【図４】本発明の一実施形態による装置が充電されるときの状態を示す模式図である。
【図５】本発明の一実施形態による装置が放電されるときの状態を示す模式図である。
【図６】本発明の一実施形態による装置が充電された後の状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、これによって本発明が限定されるものではない。
【００３０】
図２Ａは、本発明の一実施形態による電気エネルギーを蓄積する装置を示す模式図である。図２Ａに示すように、この電気エネルギーを蓄積する装置は磁気コンデンサである。この磁気コンデンサは、第１の磁性層２１０、第２の磁性層２２０および誘電体層２３０を含む。第１の磁性層２１０および第２の磁性層２２０のそれぞれは磁性薄膜である。第１の磁性層２１０および第２の磁性層２２０は、導電材料からなる。誘電体層２３０が絶縁材料からなるため、電流は誘電体層２３０を通らない。誘電体層２３０は薄膜であり、誘電体層２３０は、誘電体材料（例えば、ＢａＴｉＯ３またはＴｉＯ３）からなる。
【００３１】
第１の磁性層２１０は、鋸歯形状の第１の表面２１５を有する。第２の磁性層２２０は、鋸歯形状の第２の表面２２５を有する。誘電体層２３０は、第１の磁性層２１０と第２の磁性層２２０との間に配置されている。誘電体層２３０は、電気エネルギーを蓄積するために用いられる。第１の磁性層２１０および第２の磁性層２２０は、電流リークの発生を防ぐために用いられる。第１の表面２１５および第２の表面２２５は、表面積を大きくするために鋸歯状に形成されているため、磁気コンデンサの容量を向上させることができる。
【００３２】
図２Ｂを参照する。図２Ｂは、本発明の一実施形態による電気エネルギーを蓄積する装置の限局性ダイポールを示す模式図である。第１の磁性層２１０は、水平方向の磁気ダイポールを有する第１の磁性セクション２１２と、鉛直方向の磁気ダイポールを有する第２の磁性セクション２１４とを含み、第２の磁性層２２０は、水平方向の磁気ダイポールを有する第３の磁性セクション２２２と、鉛直方向の磁気ダイポールを有する第４の磁性セクション２２４とを含む。この装置が電気エネルギーを蓄積するときは、第１の磁性セクション２１２および第３の磁性セクション２２２の磁気ダイポールが図２Ｂに示すように同じ水平方向を向く。つまり、第１の磁性セクション２１２および第３の磁性セクション２２２のダイポールが同じ方向を向くとき、誘電体層２３０の電子の回転方向が１方向を向くため、電流リークの発生を防ぐことができる。そのため、エネルギーを蓄積させることができる。なお、図の矢印「→」は、磁性セクションのダイポールの一例を表しているだけであり、ダイポールがこの方向だけに限定されるわけではない。
【００３３】
本実施形態では、第１の磁性セクション２１２および第３の磁性セクション２２２の矢印は、互いに平行であるが、本発明の一態様では、第１の磁性セクション２１２および第３の磁性セクション２２２の矢印が容易軸、例えば、磁化容易軸に沿った方向を向いてもよい。しかし、装置が電気エネルギーを蓄積する際、第１の磁性セクションのダイポール方向と、第３の磁性セクションのダイポール方向とは、互いに平行である（即ち、同じ方向を向いている。）か反平行である（即ち、反対の方向を向いている。）。さらに、装置が電気エネルギーを蓄積する際、第２の磁性セクション２１４の磁性ダイポールは、第１の磁性セクション２１２の磁性ダイポールに対して垂直であり、第４の磁性セクション２２４の磁性ダイポールは、第３の磁性セクション２２２の磁性ダイポールに対して垂直である。しかし、本発明の一態様では、第２の磁性セクション２１４および第４の磁性セクション２２４の矢印の方向は、容易軸に対して垂直でもよい。図２Ｂ〜図２Ｅに示すように、第２の磁性セクション２１４および第４の磁性セクション２２４の矢印は互いに反平行であり、磁気コンデンサの第２の磁気セクションおよび第４の磁気セクションの磁気方向は、互いに反平行である（反対方向を向いている）か平行である（同じ方向を向いている）。
【００３４】
第１の磁性層２１０は、磁気コンデンサの第１の電極でもよい。第２の磁性層２２０は、磁気コンデンサの第２の電極でもよい。第１の磁性セクション２１２、第２の磁性セクション２１４、第３の磁性セクション２２２および第４の磁性セクション２２４は、導電セクションである。
【００３５】
図３を参照する。図３に示すように、磁性板の内側に沿ってナノマグネットを有する磁気コンデンサを示す模式図である。図２Ａに示す鋸歯形状の磁気コンデンサは、磁性板３１０および磁性板３２０の内側に沿って積み上げられたナノマグネット３１５およびナノマグネット３２５を有する。誘電体層３３０は、磁性板３１０と磁性板３２０との間に配置されている。ナノマグネット３１５およびナノマグネット３２５が配置されていない場合、磁性板のＮ極およびＳ極により強い磁界が発生し、大きな磁界効果が磁性板の縁部から中央部に向かって低減される。そのため、ナノマグネット３１５およびナノマグネット３２５が生成するナノマグネット効果により、弱い磁器コンデンサを相補することができる。これにより、磁気コンデンサの磁界強度を、鉛直方向の磁気ダイポールにより増大させることができる。
【００３６】
図４は、本発明の一実施形態による装置を充電するときの状態を示す模式図である。図４に示すように、この装置を充電するときは、第１の磁性層２１０および第２の磁性層２２０は、電源４６０に接続する。これにより電気エネルギーは、電源４６０から誘電体層２３０に入力される。
【００３７】
図５は、本発明の一実施形態による装置を放電するときの状態を示す模式図である。図５に示すように、装置を放電するときは、第１の磁性層２１０および第２の磁性層２２０を、負荷装置５７０に接続する。これにより電気エネルギーは、誘電体層２３０から負荷装置５７０に出力される。
【００３８】
図６は、本発明の一実施形態による装置を充電した後の状態を示す模式図である。図６に示すように、磁気コンデンサの両端に電極を使用することにより、第１の磁性層２１０の第１の表面２１５および第２の磁性層２２０の第２の表面２２５に、磁気ダイポールを生成させることができる。容量は、コンデンサ面積の増大だけでなく、磁界強度の増大に比例して大きくすることができる。
【００３９】
上述したことから分かるように、本発明の電気エネルギーを蓄積する装置は、コンデンサに対するナノマグネット効果により、容量が大きい電気エネルギーを蓄積することができる。
【００４０】
当該分野の技術を熟知する者が理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００４１】
１１０  第１の磁性板
１２０  第２の磁性板
１３０  誘電体層
２１０  第１の磁性層
２１２  第１の磁性セクション
２１４  第２の磁性セクション
２１５  第１の表面
２２０  第２の磁性層
２２２  第３の磁性セクション
２２４  第４の磁性セクション
２２５  第２の表面
２３０  誘電体層
３１０  磁性板
３１５  ナノマグネット
３２０  磁性板
３２５  ナノマグネット
３３０  誘電体層
４６０  電源
５７０  負荷装置
【図１Ａ】
2009260353.tif 000003
【図１Ｂ】
2009260353.tif 000004
【図２Ａ】
2009260353.tif 000005
【図２Ｂ】
2009260353.tif 000006
【図２Ｃ】
2009260353.tif 000007
【図２Ｄ】
2009260353.tif 000008
【図２Ｅ】
2009260353.tif 000009
【図３】
2009260353.tif 000010
【図４】
2009260353.tif 000011
【図５】
2009260353.tif 000012
【図６】
2009260353.tif 000013