[发明专利]基于磁性多层膜结构的反常能斯特效应热电器件

说明书

本发明涉及基于磁性多层膜结构的反常能斯特效应热电器件。根据一实施例，一种热电器件包括磁性多层膜结构和包围磁性多层膜结构的保护层，磁性多层膜结构包括[反铁磁层/铁磁层]subgt;a/subgt;、[反铁磁层/铁磁层/重金属层]subgt;b/subgt;、以及[反铁磁层/铁磁层/重金属层/铁磁层]subgt;c/subgt;中的一种或多种，铁磁层由铁磁导电材料形成，重金属层由重金属材料形成，[反铁磁层/铁磁层]subgt;a/subgt;结构中的反铁磁层由包括重金属元素的反铁磁材料形成，其余结构中的反铁磁层由反铁磁材料形成，铁磁层具有面内磁矩并且被所述反铁磁层偏置在第一方向上，所述磁性多层膜结构响应于其膜层法线方向上的温度梯度，在第二方向上输出电压信号，所述第二方向基本垂直于所述第一方向。

技术领域

本发明总体上涉及热电技术领域，更特别地，涉及一种基于磁性多层膜结构的反常能斯特效应热电器件，其可以用作温差发电装置或者温度梯度检测装置。

背景技术

节能减排和发展新能源是国家政策支持的能源发展方向。高能耗企业例如炼钢厂等为了降低能耗，需要提高能源利用效率，其中废热回收技术是提高能源利用效率的一种重要手段。热电器件能广泛应用于各种场景以方便地回收多余的热能，因此一直被关注和深入研究。随着应用场景的拓展，例如从纵向(Longitudinal)温度梯度到横向(Transverse)温度梯度温差发电或温差传感，传统的基于塞贝克效应的热电堆逐渐不能满足拓展的应用需求。依赖电子自旋的反常能斯特效应相比传统的塞贝克效应更适于横向温度梯度的传感和发电应用，因此获得了人们的广泛关注。

发明内容

一实施例提供一种热电器件，包括磁性多层膜结构和包围所述磁性多层膜结构的保护层，所述磁性多层膜结构包括[反铁磁层/铁磁层]_a、[反铁磁层/铁磁层/重金属层]_b、以及[反铁磁层/铁磁层/重金属层/铁磁层]_c结构中的一种或多种，a、b和c是大于或等于1的整数，其中，所述铁磁层由铁磁导电材料形成，所述重金属层由重金属材料形成，[反铁磁层/铁磁层]_a结构中的反铁磁层由包括重金属元素的反铁磁材料形成，[反铁磁层/铁磁层/重金属层]_b和[反铁磁层/铁磁层/重金属层/铁磁层]_c结构中的反铁磁层由反铁磁材料形成，所述铁磁层具有面内磁矩，并且所述面内磁矩被所述反铁磁层偏置在第一方向上，所述磁性多层膜结构响应于其膜层法线方向上的温度梯度，在第二方向上输出电压信号，所述第二方向基本垂直于所述第一方向。

在一些实施例中，所述保护层由电绝缘材料形成。所述电绝缘材料包括二氧化硅、石英或耐火黏土材料。

在一些实施例中，所述反铁磁材料包括PtMn、IrMn、FeMn、PdMn、AuMn、NiO、CoO和MnO中的一种或多种，所述包括重金属元素的反铁磁材料包括PtMn、IrMn和AuMn中的一种或多种，所述重金属材料包括Ta、W、Ir、Pt和Au中的一种或多种。

在一些实施例中，所述铁磁层的厚度在0.5-50nm的范围内，所述反铁磁层的厚度在1-30nm的范围内，所述重金属层的厚度在0.1-15nm的范围内。

在一些实施例中，a、b和c的值在1至1000的范围内且彼此相同或不同。

在一些实施例中，所述第一方向是所述磁性多层膜结构的短轴方向，所述第二方向是所述磁性多层膜结构的长轴方向。

在一些实施例中，所述第一方向是所述磁性多层膜结构的难磁化轴方向，所述第二方向是所述磁性多层膜结构的易磁化轴方向。

在一些实施例中，所述热电器件用作发电器件或温度梯度检测器件。

在一些实施例中，多个所述热电器件在所述第二方向上被首尾级联以提高所述电压信号的输出电压。

本发明的上述和其他特征和优点将从下面结合附图对具体实施例的描述而变得显而易见。