特開 2018-190780 熱電変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2018-190780(P2018-190780A)

(43)【公開日】2018年11月29日

(54)【発明の名称】熱電変換装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 37/04 20060101AFI20181102BHJP

   C22C 19/03 20060101ALI20181102BHJP

   C22C 38/00 20060101ALI20181102BHJP

   F25B 21/02 20060101ALI20181102BHJP

   H02N 11/00 20060101ALI20181102BHJP

【ＦＩ】

   H01L37/04

   C22C19/03 E

   C22C38/00 303Z

   F25B21/02 A

   H02N11/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2017-89924(P2017-89924)

(22)【出願日】2017年4月28日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２７年度〜平成２８年度、国立研究開発法人科学技術振興機構「戦略的創造研究推進事業 総括実施型研究 ＥＲＡＴＯ齊藤スピン量子整流プロジェクト」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】504157024

【氏名又は名称】国立大学法人東北大学

(71)【出願人】

【識別番号】301023238

【氏名又は名称】国立研究開発法人物質・材料研究機構

(74)【代理人】

【識別番号】100095359

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100143834

【弁理士】

【氏名又は名称】楠 修二

(72)【発明者】

【氏名】内田 健一

(72)【発明者】

【氏名】大門 俊介

(72)【発明者】

【氏名】井口 亮

(72)【発明者】

【氏名】齊藤 英治

(57)【要約】

【課題】接合界面の無い単一の物質を用いて電子冷却や電子加熱を行うことができ、応用範囲を拡げることができる熱電変換装置を提供する。
【解決手段】磁性体１１と、磁性体１１に電流を印加可能に設けられた電流印加手段１２とを有している。電流印加手段１２で磁性体１１に電流を印加したとき、磁性体１１の内部で、磁化の向きと電流の向きとの相対角度が異なる領域が複数存在するよう構成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁性体と、
前記磁性体に電流を印加可能に設けられた電流印加手段とを有し、
前記電流印加手段で前記磁性体に電流を印加したとき、前記磁性体の内部で、磁化の向きと前記電流の向きとの相対角度が異なる領域が複数存在するよう構成されていることを
特徴とする熱電変換装置。

【請求項2】

前記電流を印加したとき、前記磁性体の隣り合う領域の間で、前記磁化の向きおよび前記電流の向きのうちの少なくともいずれか一方が異なるよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の熱電変換装置。

【請求項3】

前記磁性体は、隣り合う領域の間で異なる向きの磁化を有していることを特徴とする請求項１または２記載の熱電変換装置。

【請求項4】

前記磁性体の一部または全体が磁化されるよう、前記磁性体に磁場を印加可能に設けられた磁場印加手段を有することを特徴とする請求項１または２記載の熱電変換装置。

【請求項5】

前記磁性体は、前記電流の向きが変化するよう、前記電流が流れる電流路に沿って曲がった形状を成し、
前記磁場印加手段は、前記磁性体の全体が一定の方向に磁化されるよう前記磁場を印加可能に設けられていることを
特徴とする請求項４記載の熱電変換装置。

【請求項6】

前記磁場印加手段は、前記磁性体の一部が磁化されるよう前記磁場を印加可能に設けられていることを特徴とする請求項４記載の熱電変換装置。

【請求項7】

前記磁性体は単一の物質から成ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の熱電変換装置。

【請求項8】

前記磁性体は、強磁性体、フェリ磁性体または反強磁性体から成ることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の熱電変換装置。

【請求項9】

前記磁性体は、ニッケルまたは、ニッケルを４０ｗｔ％以上含む合金から成ることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の熱電変換装置。

【請求項10】

前記磁性体は、ニッケルまたは、ニッケルを４０ｗｔ％以上含むＮｉ−Ｆｅ合金から成ることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の熱電変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱電変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の熱電変換装置は、ペルチェ素子などによるゼーベック効果やペルチェ効果を利用して電子冷却や電子加熱等を行っている（例えば、特許文献１または２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３−１７４２０４号公報

【特許文献2】特開２０００−２５２５２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１や２に記載のような従来の熱電変換装置では、ゼーベック効果やペルチェ効果を発生させるために、異なる種類の物質を接合させる必要があった。このため、応用範囲に限界が生じてしまうという課題があった。

【0005】

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、接合界面の無い単一の物質を用いて電子冷却や電子加熱を行うことができ、応用範囲を拡げることができる熱電変換装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明に係る熱電変換装置は、磁性体と、前記磁性体に電流を印加可能に設けられた電流印加手段とを有し、前記電流印加手段で前記磁性体に電流を印加したとき、前記磁性体の内部で、磁化の向きと前記電流の向きとの相対角度が異なる領域が複数存在するよう構成されていることを特徴とする。

【0007】

本発明に係る熱電変換装置は、磁性体の内部で、磁化の向きと電流の向きとの相対角度が異なる領域が複数存在するよう、電流印加手段で電流を印加することにより、各領域の境界で熱の吸収や放出を発生させることができる。通常のペルチェ効果（Peltier effect）では、ペルチェ係数が異なる導電体を接合して電流を流したとき、その接合部で熱の吸収や放出が発生するのに対し、本発明に係る熱電変換装置では、磁性体が単一の物質から成っていても、各領域の境界で熱の吸収や放出を発生させることができる。

【0008】

なお、ここで、磁化の向きと電流の向きとの相対角度が異なる複数の領域を作り出すためには、非一様な磁化構造を有する磁性体に電流を流しても良く、磁化が一方向に揃っていて少なくとも一か所の曲がり・折れ形状を有する磁性体に電流を流しても良い。または、磁性体に局所的に磁場を印加して、一部のみが磁化している磁性体に電流を流しても良い。すなわち、「相対角度が異なる」場合には、２つの領域のうち、一方の領域は磁化が存在して相対角度を有し、他方の領域は磁化が存在せず相対角度が無い場合も含むものとする。

【0009】

本発明に係る熱電変換装置で、磁性体は、強磁性体やフェリ磁性体から成ることが好ましく、特に強磁性金属から成ることが好ましい。なお、以下では、本発明に係る熱電変換装置による、単一の物質から成る磁性体で熱の吸収や放出を発生させる効果を、通常のペルチェ効果に対比させて、異方性磁気ペルチェ効果（Anisotropic magneto-Peltier effect）と呼ぶ。これは、ペルチェ係数が磁化と電流との相対角度に依存する現象である。なお、原理的には、磁気秩序の方向と電流の向きとの相対角度が異なる複数の領域を作り出すことができれば、強磁性体やフェリ磁性体のみならず、正味の磁化を持たない反強磁性体を用いても、本発明に係る熱電変換装置を構成することができる。

【0010】

本発明に係る熱電変換装置は、前記電流を印加したとき、前記磁性体の隣り合う領域の間で、前記磁化の向きおよび前記電流の向きのうちの少なくともいずれか一方が異なるよう構成されていることが好ましい。この場合、異方性磁気ペルチェ効果を効果的に発生させることができる。

【0011】

本発明に係る熱電変換装置で、前記磁性体は、磁化方向が隣り合う領域の間で異なる状態を作り出すために、結晶磁気異方性や形状磁気異方性を有する材料から成っていてもよい。この場合、磁性体に対し一定方向に電流を流すだけで、異方性磁気ペルチェ効果を容易に発生させることができる。

【0012】

また、本発明に係る熱電変換装置は、磁性体が結晶磁気異方性や形状磁気異方性を有していない材料の場合であっても、前記磁性体の一部または全体が磁化されるよう、前記磁性体に磁場を印加可能に設けられた磁場印加手段を有していることが好ましい。この場合、前記磁性体は、前記電流の向きが変化するよう、前記電流が流れる電流路に沿って曲がった形状を成し、前記磁場印加手段は、前記磁性体の全体が一定の方向に磁化されるよう前記磁場を印加可能に設けられていてもよい。また、前記磁場印加手段は、前記磁性体の一部が磁化されるよう前記磁場を印加可能に設けられていてもよい。これらの場合でも、異方性磁気ペルチェ効果を効果的に発生させることができる。

【0013】

このように、本発明に係る熱電変換装置は、接合界面の無い単一の物質を用いて電子冷却や電子加熱を行うことができる。このため、異なる種類の物質を接合させる場合と比べて、応用範囲を拡げることができる。そのような応用範囲としては、例えば、集積回路の配線を、本発明に係る熱電変換装置の磁性体で構成して電流を流すことにより、局所的に素子を加熱・冷却させることができる。このとき、冷却・加熱箇所の磁化の向きを、磁場印加手段で制御することにより、冷却・加熱を容易に制御することができる。また、熱電変換装置を構成する磁性体内に物理的な接合面がないため、長寿命化も期待できる。

【0014】

本発明に係る熱電変換装置で、前記磁性体は、ニッケルまたは、ニッケルを４０ｗｔ％以上含むＮｉ−Ｆｅ合金などの合金から成ることが好ましい。この場合、特に異方性磁気ペルチェ効果を効果的に発生させることができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、接合界面の無い単一の物質を用いて電子冷却や電子加熱を行うことができ、応用範囲を拡げることができる熱電変換装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】（ａ）本発明の実施の形態の熱電変換装置の、磁性体が非一様な磁化構造を有する材料から成る構成を示す平面図、（ｂ）本発明の実施の形態の熱電変換装置の、磁性体がＵ字型であり、磁場印加手段を有する構成を示す平面図、（ｃ）本発明の実施の形態の熱電変換装置の、磁場印加手段が磁性体の一部に磁場を印加する構成を示す平面図、（ｄ）比較例のペルチェ効果を説明する平面図である。

【図2】図１（ｂ）に示す熱電変換装置の、（ａ）異方性磁気ペルチェ効果を調べる実験の構成を示す平面図、（ｂ）印加電流Ｊ_ｃを 1.00 A、印加磁場Ｈを 12.0 kOe、（ｃ）印加電流Ｊ_ｃを 1.00 A、印加磁場Ｈを 0.0 kOe、（ｄ）印加電流Ｊ_ｃを 1.00 A、印加磁場Ｈを -12.0 kOe としたときの、印加電流に応答して発生した磁性体の温度変化の振幅Ａの像および、印加電流に対する温度変化の位相φの像である。

【図3】（ａ） 図２（ｂ）と図２（ｄ）とを加えて２で割った振幅Ａ_even像、（ｂ） 図２（ｂ）と図２（ｄ）とを加えて２で割った位相φ_even像、（ｃ） 図２（ｂ）と図２（ｄ）との差をとって２で割った振幅Ａ_odd像、（ｄ） 図２（ｂ）と図２（ｄ）との差をとって２で割った位相φ_odd像である。

【図4】図１（ｂ）に示す熱電変換装置の、印加電流Ｊ_ｃの大きさを 1.00 Aとし、印加磁場Ｈの大きさを 0.7 〜12.0 kOeの範囲で変化させたときの、（ａ）各印加磁場Ｈの大きさでの振幅Ａ_even像、（ｂ）各印加磁場Ｈの大きさでの位相φ_even像、（ｃ） （ａ）中のＬおよびＲの位置での振幅Ａ_evenと、印加磁場Ｈの大きさとの関係を示すグラフ、（ｄ） （ｂ）中のＬおよびＲの位置での位相φ_evenと、印加磁場Ｈの大きさとの関係を示すグラフである。

【図5】図１（ｂ）に示す熱電変換装置の、印加電流Ｊ_ｃの大きさを 0.16 〜1.00 Aの範囲で変化させ、印加磁場Ｈの大きさを 12.0 kOeとしたときの、（ａ）各印加電流Ｊ_ｃの大きさでの振幅Ａ_even像、（ｂ）各印加電流Ｊ_ｃの大きさでの位相φ_even像、（ｃ） （ａ）中のＬおよびＲの位置での振幅Ａ_evenと、印加電流Ｊ_ｃの大きさとの関係を示すグラフ、（ｄ） （ｂ）中のＬおよびＲの位置での位相φ_evenと、印加電流Ｊ_ｃの大きさとの関係を示すグラフである。

【図6】図１（ｂ）に示す熱電変換装置の、印加電流Ｊ_ｃの大きさを 1.00 Aとし、印加磁場Ｈの大きさを 12.0 kOeとしたときの、（ａ）振幅Ａ_even像、（ｂ）位相φ_even像、（ｃ）印加磁場Ｈの方向を９０度回転させたときの振幅Ａ_even像、（ｄ）そのときの位相φ_even像である。

【図7】図１（ｂ）に示す熱電変換装置の、複数種類の磁性体を用い、印加電流Ｊ_ｃの大きさを 1.00 Aとし、印加磁場Ｈの大きさを 12.0 kOeとしたときの、磁性体の種類ごとの（ａ）振幅Ａ_even像、（ｂ）位相φ_even像である。

【図8】図７（ａ）および（ｂ）に示すＮｉ、Ｆｅ、PB-45パーマロイ（Ｎｉ₄₅Ｆｅ₅₅）の結果から求めた、磁性体の中央部と各端部との境界位置での（ａ）振幅Ａ_evenおよび（ｂ）位相φ_evenと、Ｎｉの配合量（ｘ）との関係を示すグラフである。

【図9】本発明の実施の形態の熱電変換装置の、直線状の磁性体を用いた、（ａ）異方性磁気ペルチェ効果を調べる実験の構成を示す斜視図、（ｂ）その実験結果を示す振幅Ａ_even像および（ｃ）位相φ_even像である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図９は、本発明の実施の形態の熱電変換装置を示している。
図１（ａ）に示すように、熱電変換装置１０は、磁性体１１と電流印加手段１２とを有している。

【0018】

磁性体１１は、強磁性金属から成っている。磁性体１１は、結晶磁気異方性や形状磁気異方性、非一様磁場などにより、隣り合う領域の間で異なる向きの磁化を有する材料から成っている。電流印加手段１２は、磁性体１１に電流を印加可能に設けられている。

【0019】

図１（ａ）に示す具体的な一例では、磁性体１１は、細長く、磁化Ｍの向き（図１（ａ）中の矢印）が異なる複数の領域が、長さ方向に沿って順に並んで配置されている。電流印加手段１２は、磁性体１１の長さ方向に沿って、電流Ｊ_ｃを流すよう構成されている。熱電変換装置１０は、電流印加手段１２で磁性体１１に一定の方向の電流Ｊ_ｃを流すことにより、隣り合う領域の間で、磁化Ｍの向きと電流Ｊ_ｃの向きとの相対角度が異なるようになっている。

【0020】

次に、作用について説明する。
熱電変換装置１０は、電流印加手段１２で電流を流したとき、磁性体１１の内部で、磁化の向きと電流の向きとの相対角度が異なる領域が複数存在しているため、各領域の境界で熱の吸収や放出を発生させることができる。通常のペルチェ効果では、図１（ｄ）に示すように、ペルチェ係数が異なる導電体Ａ，Ｂを接合して電流を流したとき、その接合部で熱の吸収や放出が発生するのに対し、熱電変換装置１０では、図１（ａ）に示すように、異方性磁気ペルチェ効果により、磁性体１１が単一の物質から成っていても、各領域の境界で熱の吸収や放出を発生させることができる。

【0021】

このように、熱電変換装置１０は、接合界面の無い単一の物質を用いて電子冷却や電子加熱を行うことができる。このため、異なる種類の物質を接合させる場合と比べて、応用範囲を拡げることができる。例えば、従来素子の場合は、材料や構造で熱電特性が決まってしまうが、異方性磁気ペルチェ効果に基づく素子の場合は、材料の曲げ方や磁化配置を変えることで熱電特性や電子冷却・加熱を行う箇所を変更することができるため、汎用性が高い。適用方法としては、電子デバイスの配線材料を、異方性磁気ペルチェ効果を示す材料にすることなどが考えられ、材料の曲げ方や磁化配置に応じて局所的にデバイスを加熱・冷却することができる。

【0022】

なお、図１（ｂ）に示すように、熱電変換装置１０は、磁性体１１の全体に磁場を印加可能な磁場印加手段１３を有し、磁性体１１が磁気異方性を有する材料ではなく、電流Ｊ_ｃの向きが変化するよう、電流Ｊ_ｃが流れる電流路に沿って曲がった形状（図１（ｂ）ではＵ字型）を成していてもよい。この場合、磁場印加手段１３で磁性体１１に一定の方向の磁場を印加することにより、電流路の向きが異なる領域の間で、磁化Ｍの向きと電流Ｊ_ｃの向きとの相対角度が異なるようになっている。これにより、電流路の向きが変化する位置で、異方性磁気ペルチェ効果により熱の吸収や放出を発生させることができる。

【0023】

また、図１（ｃ）に示すように、熱電変換装置１０は、磁性体１１が磁気異方性を有する材料ではなく、磁場印加手段１３が磁性体１１の一部に磁場を印加可能に設けられていてもよい。この場合、電流印加手段１２で磁性体１１に一定の方向の電流Ｊ_ｃを流すことにより、磁性体１１のうち、磁場の印加により磁化した領域では、磁化Ｍの向きと電流Ｊ_ｃの向きとの相対角度が得られるのに対し、その他の領域では、磁化が存在しないため、磁化の向きと電流Ｊ_ｃの向きとの相対角度が得られず、各領域間で相対角度が異なるようになっている。これにより、各領域の境界で、異方性磁気ペルチェ効果により熱の吸収や放出を発生させることができる。

【実施例1】

【0024】

図１（ｂ）に示す熱電変換装置１０を用いて、異方性磁気ペルチェ効果を調べる実験を行った。実験では、ニッケル（Ｎｉ）製の磁性体１１を用いた。図１（ｂ）および図２（ａ）に示すように、磁性体１１は、中央部１１ａに対して、両方の端部１１ｂが同じ方向に垂直に伸びたＵ字型の形状を成している。実験では、磁性体１１のＵ字の形状に沿って電流が流れるよう、磁性体１１の両端に電流印加手段１２を接続した。

【0025】

実験は、ロックインサーモグラフィ（Lock-in thermography）により行った。すなわち、実験中は、電流印加手段１２により、１〜２５Ｈｚで電流Ｊ_ｃを流す方向を切り換え、その切換時間間隔よりも早い１００Ｈｚのフレームレートで磁性体１１の温度を赤外線カメラで撮影し、電流変化に応答して発生した温度変化を観測した。また、実験中は、磁場印加手段１３により、磁性体１１の中央部１１ａの長さ方向に沿って、磁場Ｈを印加した。なお、磁場の印加方向は変更可能になっている。

【0026】

赤外線カメラで得られた複数の画像から、フーリエ変換により、振幅画像および位相画像を求めた。振幅画像が、電流変化に応答して発生した温度変化の大きさの絶対値（以下、振幅Ａ）を示し、位相画像が電流の切り換えに対する、温度変化の遅れ（以下、位相φ）を示している。印加電流と温度変化とが同位相で変化している場合は、発熱信号を表し、逆位相で変化している場合は、吸熱信号を表す。なお、熱電効果を高感度に観測できるため、本実験ではロックインサーモグラフィ法を用いたが、異方性磁気ペルチェ効果によって発生した温度変化の観測手段は、通常のサーモグラフィ法でも良いし、磁性体に直接、熱電対や測温抵抗体などの温度センサーを取り付ける方法であっても良い。

【0027】

印加電流Ｊ_ｃを 1.00 A、印加磁場Ｈをそれぞれ、12.0 kOe、0.0 kOe、-12.0 kOe としたときの、磁性体１１の振幅Ａの像および位相φの像を、図２（ｂ）乃至（ｄ）に示す。なお、印加磁場のプラスとマイナスは、印加方向が逆であることを表し、印加磁場の方向は、それぞれ図中に示している（以下同じ）。図２（ｂ）乃至（ｄ）に示すように、磁場を印加したとき（図２（ｂ）および（ｄ）のとき）に、磁性体１１の中央部１１ａと各端部１１ｂとの境界位置で発熱・吸熱していることが確認された。

【0028】

印加磁場の方向が逆の図２（ｂ）の振幅像および位相像と図２（ｄ）の振幅像および位相像とを加えて２で割って得られた振幅Ａ_even像および位相φ_even像を、それぞれ図３（ａ）および図３（ｂ）に示す。また、図２（ｂ）の振幅像および位相像と図２（ｄ）の振幅像および位相像との差をとって２で割って得られた振幅Ａ_odd像および位相φ_odd像を、それぞれ図３（ｃ）および図３（ｄ）に示す。Ａ_evenおよびφ_evenは、異方性磁気ペルチェ効果による温度変化の振幅および位相のずれを示し、Ａ_oddおよびφ_oddは、異常エッチングスハウゼン効果（Anomalous Ettingshausen effect）による温度変化の振幅および位相のずれを示している。なお、異常エッチングスハウゼン効果とは、導電性を有する強磁性体１１に、磁化と直交する方向に電流を印加すると、磁化と電流の両方に直交する方向に熱流が誘起される現象であり、異常ネルンスト効果の逆の効果を示すものである。

【0029】

図３（ａ）および（ｂ）に示すように、磁性体１１の中央部１１ａと各端部１１ｂとの境界位置で、振幅Ａ_even像および、位相φ_even像に温度変化信号が認められ、異方性磁気ペルチェ効果による温度変化が生じていることが確認できる。ここで、電流が磁性体１１の端部１１ｂから中央部１１ａに向かって流れる境界位置と、磁性体１１の中央部１１ａから端部１１ｂに向かって流れる境界位置とでは、位相が１８０°異なっており、前者は異方性磁気ペルチェ効果による吸熱信号、後者は発熱信号に対応している。また、図３（ｃ）および（ｄ）に示すように、磁性体１１の各端部１１ｂに、振幅Ａ_even像および位相φ_even像に温度変化信号が認められ、異常エッチングスハウゼン効果による温度変化が生じていることが確認できる。

【0030】

以下の実施例では、異方性磁気ペルチェ効果について調べるため、印加磁場Ｈを反転させて実験を行い、Ａ_evenおよびφ_evenを求めている。

【実施例2】

【0031】

異方性磁気ペルチェ効果の磁場依存性を調べるために、印加磁場Ｈの大きさを変えて実験を行った。実験は、印加電流Ｊ_ｃおよび印加磁場Ｈの大きさ以外は、実施例１と同じ条件で行った。実験では、印加電流Ｊ_ｃの大きさを 1.00 Aとし、印加磁場Ｈの大きさを 0.7 〜12.0 kOeの範囲で変化させた。

【0032】

実験結果のうち、印加磁場Ｈの大きさを変えたときの振幅Ａ_even像および位相φ_even像を、それぞれ図４（ａ）および（ｂ）に示す。また、図４（ａ）中のＬおよびＲの位置での振幅Ａ_evenと、印加磁場Ｈの大きさとの関係を、それぞれ図４（ｃ）に示す。また、図４（ｂ）中のＬおよびＲの位置での位相φ_evenと、印加磁場Ｈの大きさとの関係を、それぞれ図４（ｄ）に示す。

【0033】

図４（ａ）乃至（ｄ）に示すように、磁性体１１の中央部１１ａと各端部１１ｂとの境界位置で、振幅Ａ_even像および位相φ_even像に温度変化信号が認められ、異方性磁気ペルチェ効果による温度変化が生じていることが確認された。図４（ａ）および（ｃ）に示すように、異方性磁気ペルチェ効果による振幅Ａ_evenは、印加磁場Ｈの大きさが約5 kOe までは、印加磁場Ｈの増加に伴って増加するが、約5 kOe より大きくなると飽和することが確認された。これは、磁性体１１の磁化過程を反映したものであり、異方性磁気ペルチェ効果の信号が磁性体１１の磁化の大きさに比例していることを示している。

【実施例3】

【0034】

異方性磁気ペルチェ効果の電流依存性を調べるために、印加電流Ｊ_ｃの大きさを変えて実験を行った。実験は、印加電流Ｊ_ｃおよび印加磁場Ｈの大きさ以外は、実施例１と同じ条件で行った。実験では、印加電流Ｊ_ｃの大きさを 0.16 〜1.00 Aの範囲で変化させ、印加磁場Ｈの大きさを 12.0 kOeとした。

【0035】

実験結果のうち、印加電流Ｊ_ｃの大きさを変えたときの振幅Ａ_even像および位相φ_even像を、それぞれ図５（ａ）および（ｂ）に示す。また、図５（ａ）中のＬおよびＲの位置での振幅Ａ_evenと、印加電流Ｊ_ｃの大きさとの関係を、それぞれ図５（ｃ）に示す。また、図５（ｂ）中のＬおよびＲの位置での位相φ_evenと、印加電流Ｊ_ｃの大きさとの関係を、それぞれ図５（ｄ）に示す。

【0036】

図５（ａ）乃至（ｄ）に示すように、磁性体１１の中央部１１ａと各端部１１ｂとの境界位置で、振幅Ａ_even像および位相φ_even像に温度変化信号が認められ、異方性磁気ペルチェ効果による温度変化が生じていることが確認された。図５（ａ）および（ｃ）に示すように、異方性磁気ペルチェ効果による振幅Ａ_evenは、印加電流Ｊ_ｃに比例し、印加電流Ｊ_ｃが大きくなるに従って増加することが確認された。

【実施例4】

【0037】

異方性磁気ペルチェ効果の印加磁場の方向依存性を調べるために、印加磁場Ｈの方向を変えて実験を行った。実験は、印加電流Ｊ_ｃの大きさ、ならびに、印加磁場Ｈの大きさおよび向き以外は、実施例１と同じ条件で行った。実験では、印加電流Ｊ_ｃの大きさを 1.00 Aとし、印加磁場Ｈの大きさを 12.0 kOeとした。また、印加磁場Ｈの方向を、磁性体１１の中央部１１ａの長さ方向に沿った方向、および、そこから９０度回転させた方向、すなわち磁性体１１の両端部１１ｂの伸長方向に沿った方向の２種類とした。

【0038】

実験結果のうち、磁性体１１の中央部１１ａの長さ方向に沿った方向に磁場Ｈを印加したときの振幅Ａ_even像および位相φ_even像を、それぞれ図６（ａ）および（ｂ）に示す。また、磁性体１１の両端部１１ｂの伸長方向に沿った方向に磁場Ｈを印加したときの振幅Ａ_even像および位相φ_even像を、それぞれ図６（ｃ）および（ｄ）に示す。

【0039】

図６（ａ）乃至（ｄ）に示すように、磁性体１１の中央部１１ａと各端部１１ｂとの境界位置で、振幅Ａ_even像および位相φ_even像に温度変化信号が認められ、異方性磁気ペルチェ効果による温度変化が生じていることが確認された。図６（ａ）および（ｃ）に示すように、印加磁場Ｈの方向を９０度回転させても、異方性磁気ペルチェ効果による振幅Ａ_evenはほとんど変化しないが、図６（ｂ）および（ｄ）に示すように、印加磁場Ｈの方向を９０度回転させることにより、異方性磁気ペルチェ効果による位相φ_evenが１８０°変化することが確認された。これは、印加磁場Ｈの方向を９０度回転させると、磁性体１１の中央部１１ａにおける電流と磁化の相対角度と、両端部１１ｂにおける電流と磁化の相対角度とが入れ替わり、温度変化の符号が反転するためである。

【実施例5】

【0040】

異方性磁気ペルチェ効果の磁性体１１の材質依存性を調べるために、複数種類の磁性体１１に対して実験を行った。実験は、印加電流Ｊ_ｃおよび印加磁場Ｈの大きさ以外は、実施例１と同じ条件で行った。実験では、印加電流Ｊ_ｃの大きさを 1.00 Aとし、印加磁場Ｈの大きさを 12.0 kOeとした。また、磁性体１１の材質として、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、PC-78パーマロイ（PC-78 permalloy）、PB-45パーマロイ（PB-45 permalloy）、42アロイ（42-alloy）、スーパーインバー（Super invar）の７種類とした。

【0041】

実験結果のうち、磁性体１１の種類ごとの振幅Ａ_even像および位相φ_even像を、それぞれ図７（ａ）および（ｂ）に示す。図７に示すように、異方性磁気ペルチェ効果は、Ｎｉでは顕著に認められるのに対し、ＦｅやＣｏではほとんど認められないことが確認された。また、Ｆｅ−Ｎｉ合金では、Ｎｉほどではないが、PB-45パーマロイの方がPC-78パーマロイよりも、異方性磁気ペルチェ効果が大きいことが確認された。また、42アロイとスーパーインバーでは、不規則な振幅や位相のパターンとなっており、異方性磁気ペルチェ効果は明瞭には認められなかった。

【0042】

図７に示すＮｉ、Ｆｅ、PB-45パーマロイの結果から、磁性体１１の中央部１１ａと各端部１１ｂとの境界位置での振幅Ａ_evenおよび位相φ_evenと、Ｎｉの配合量（ｘ）との関係を求め、それぞれ図８（ａ）および（ｂ）に示す。図８に示すように、Ｆｅ−Ｎｉ合金では、Ｎｉの配合量が大きくなるほど、振幅Ａ_evenが大きくなり、異方性磁気ペルチェ効果が効果的に現れることが確認された。また、Ｎｉの配合量が４０％以上のときに、異方性磁気ペルチェ効果が認められることが確認された。

【実施例6】

【0043】

図１（ｃ）に示すように、磁性体１１に局所的に磁場を印加できれば、磁性体１１の形状は必ずしも曲げ・折れ構造を有している必要はない。そこで、図９（ａ）に示すように、直線状のＮｉ製の磁性体１１を用いて、異方性磁気ペルチェ効果を調べる実験を行った。実験では、磁性体１１の一端から他端に向かって電流が流れるよう、磁性体１１の両端に電流印加手段１２を接続した。また、磁性体１１の中央部１１ａのみに磁場を印加するよう、永久磁石から成る磁場印加手段１３を磁性体１１の中央部１１ａに接触させて配置した。実験は、印加電流Ｊ_ｃおよび印加磁場Ｈ以外は、実施例１と同じ条件で行った。実験では、印加電流Ｊ_ｃの大きさを 1.00 Aとした。なお、磁場印加手段１３である永久磁石の表面での磁場強度Ｈは、約 5 kOeである。

【0044】

実験結果のうち、振幅Ａ_even像および位相φ_even像を、それぞれ図９（ｂ）および（ｃ）に示す。図９（ｂ）および（ｃ）に示すように、磁場印加手段１３である永久磁石の境界位置で、振幅Ａ_even像および位相φ_even像に温度変化信号が認められ、異方性磁気ペルチェ効果による温度変化が生じていることが確認された。

【符号の説明】

【0045】

１０ 熱電変換装置
１１ 磁性体
１１ａ 中央部
１１ｂ 端部
１２ 電流印加手段
１３ 磁場印加手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】