東北大ら、Wi-Fiの電波を使って発電できる素子を開発

今回開発した磁気トンネル接合と原理実証実験の模式図

　東北大学電気通信研究所、シンガポール国立大学らによる研究グループは5月19日、スピントロニクス技術を利用してWi-Fiの電波から発電できる素子を開発した。

　IT技術やIoTの拡大により、大量のセンサー端末が利用される中で、各端末における電池交換や電源確保が課題となっており、克服するための技術として環境発電(エナジーハーベスティング)の活用が期待されている。

　発電に使うエネルギー源の1つとして、身の回りを飛び交うWi-Fi(2.4GHz帯)の利用が考えられている。なかでも、強磁性材料を用いた自由層と固定層で、絶縁体を挟み込んだ構造を持つ、磁気トンネル接合素子と呼ばれる素子を利用した手法の研究が進められてきたが、これまで研究されてきた高周波応用向けの磁気トンネル接合素子では、実現が難しかった。

　そこで研究グループでは、新たに発電用に特性を制御した磁気トンネル接合を開発。接合内部の自由層の形状や磁気方向などを精密に制御することで、微弱な入力から出力を得られるように改良し、2.4GHz帯の電波から発電を行なうことに成功した。

　さらにグループでは、原理実証実験として、8個の磁気トンネル接合、コンデンサ、昇圧コンバータ、1.6Vで発光するLEDによるデモシステムを用意。その結果、2.4GHzの電波からコンデンサを3～4秒で充電し、貯めた電気を解放することで1分間LEDを発光できたという。

　今回利用した磁気トンネル接合は、不揮発性メモリの記憶素子として製造技術が確立しており、大量生産も期待できる。応用すれば身の回りに存在するWi-Fiの電波からIoT端末を駆動する技術にもつながるとしており、今後も包括的な研究開発を進めていくという。