磁增強(qiáng)的能量存儲系統(tǒng)及方法
【專利摘要】在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)包括：第一非磁性傳導(dǎo)電極；第二非磁性傳導(dǎo)電極；布置在第一電極和第二電極之間的電介質(zhì)層，電介質(zhì)層在第一電極和第二電極之間延伸；以及第一層和第二層，其包括多對離散磁鐵的磁性耦合的配對，第一層和第二層由非磁性材料分離，其中至少第一層的磁鐵能傳導(dǎo)地連接到第一非磁性傳導(dǎo)電極。
【專利說明】磁増強(qiáng)的能量存儲系統(tǒng)及方法
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求在2013年10月01日提交的編號為61/885，242的美國臨時(shí)申請的權(quán)益， 通過引用將其整個(gè)地被并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開內(nèi)容大體上設(shè)及存儲設(shè)備，W及更特別地設(shè)及磁增強(qiáng)的存儲設(shè)備。
[0004] 背景
[0005] 對使用磁性材料作為它們構(gòu)造部分的現(xiàn)有技術(shù)的電容器設(shè)備的回顧掲示了它們 通?？蒞關(guān)于結(jié)構(gòu)和功能分組為=種構(gòu)造。該=種構(gòu)造都共同地要求和定義至少一種磁性 結(jié)構(gòu)，該至少一種磁性結(jié)構(gòu)接觸地橫跨整個(gè)設(shè)備，固有地產(chǎn)生磁通路W存在于每個(gè)現(xiàn)有技 術(shù)設(shè)備的電容部分的外部，W及因此雜散于每個(gè)現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備的電容部分。該雜散磁通對 在設(shè)備內(nèi)部的能量密度有不利的影響，W及該磁性結(jié)構(gòu)的接觸地橫跨限制了磁場強(qiáng)度和/ 或現(xiàn)有技術(shù)的磁路被促使穿過相對長的通過高磁阻材料的路徑，該高磁阻材料導(dǎo)致在設(shè)備 的電容部分內(nèi)存在大量磁場削弱的磁通量。該限制的場強(qiáng)和削弱的磁場隨著由于相反極性 禪合的距離增加而尺寸大小的增加呈指數(shù)地增長了?，F(xiàn)有技術(shù)的=種通常的構(gòu)造被描述和 說明如下。參考圖1A-1C，示出了包括電極12和14(例如，14A-14C)的磁性電容器結(jié)構(gòu)10(例 如，分別是10A、10B和10C)，其具有布置在電極12和14之間的電介質(zhì)16。磁鐵是正極和負(fù)極 的電極板12和14,其中磁性電極中的至少一個(gè)12橋接電容器結(jié)構(gòu)10的整個(gè)廣闊區(qū)域W及將 電介質(zhì)層16夾在磁性電極12和14之間，W及另外的磁性電極14還可W橫跨電容器結(jié)構(gòu)10的 整個(gè)廣闊區(qū)域(例如，在圖IC的結(jié)構(gòu)IOC中的電極14C)或者可選擇地被分成連接的磁鐵或者 離散的磁性組件的部分，如在圖1A-1B所示。
[0006] 參考圖2A-2B，示出了包括磁性電極22和非磁性電極24的磁性電容器結(jié)構(gòu)20(例 如，20A和20B)。在該示例的結(jié)構(gòu)20中，僅電極板中的一個(gè)22是磁性的W及該磁性電極也橋 接電容器結(jié)構(gòu)20的表面的整個(gè)廣闊區(qū)域，并且電介質(zhì)層26被夾在磁性電極22和非磁性電極 24之間。
[0007] 圖3示出了另一示例的磁性電容器結(jié)構(gòu)30,該磁性電容器結(jié)構(gòu)30包括磁性層32、非 磁性電極34和36 W及電介質(zhì)38 (夾在磁性層32和電極34之間）和電介質(zhì)40 (夾在磁性層32和 電極36之間）。換言之，橋接電容器結(jié)構(gòu)30的整個(gè)廣闊區(qū)域的（非電極的)磁鐵32并非正電極 或負(fù)電極，并且夾在電介質(zhì)層38和40之間，電介質(zhì)層38和40反過來夾在非磁性電極板34和 36之間。
[000引根據(jù)所有運(yùn)些類型的結(jié)構(gòu)的分析，明顯的是，所有運(yùn)些現(xiàn)有技術(shù)(尤其關(guān)于整個(gè)廣 闊區(qū)域的磁性構(gòu)造)存在共同具有的且固有限制性的屬性，其在于是它們的磁路(路徑)包 括穿過電容器結(jié)構(gòu)外部W及雜散于電容器結(jié)構(gòu)的磁通，W及因此它們的雜散磁通對增強(qiáng)電 介質(zhì)或內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電勢電容是沒有影響的。此外，如果磁性電極是關(guān)于磁極性平行的，或者 磁性電極垂直于平面取向的磁極性，那么現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)固有地不能放大地受益，因?yàn)殡S著 它們的板面積大小的增加磁通量也因此返回到行進(jìn)通過高磁阻材料的路徑距離。在所有的 現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)中用于磁路行進(jìn)的很長高磁阻距離導(dǎo)致在磁路內(nèi)的磁場強(qiáng)度的顯著降低。
[0009] 再次參考現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)，在所有現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)現(xiàn)的自定義的結(jié)構(gòu)被限制為具有固 有的而不是在強(qiáng)磁場的外部影響下的電介質(zhì)材料。橫跨運(yùn)些結(jié)構(gòu)寬度的它們的磁性電極的 特征沒有產(chǎn)生穿過在電極之間的電介質(zhì)的運(yùn)些結(jié)構(gòu)的磁通或者僅產(chǎn)生了穿過在電極之間 的電介質(zhì)的運(yùn)些結(jié)構(gòu)的少量的磁通，和/或具有穿過在電極之間的電介質(zhì)W具有相對弱的 場強(qiáng)的運(yùn)樣的磁通。
[0010] 現(xiàn)有技術(shù)的電容器結(jié)構(gòu)中的一些，設(shè)計(jì)為專口將磁性材料組件用作電極W便獲得 巨磁阻效應(yīng)(GMR)，從而有利地降低隧穿電介質(zhì)的來自帶電電極的電流。GMR效應(yīng)的運(yùn)些現(xiàn) 有技術(shù)設(shè)備的混合中的一些現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備考慮到相對較薄的電介質(zhì)層的有益使用W及因 此考慮到相對于非GMR結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)電容器的幾何等價(jià)性能的更小體積的電容器，W便提供 了可保留電荷，因?yàn)镚MR效應(yīng)抑制了隧穿電流的發(fā)生。然而，運(yùn)些現(xiàn)有技術(shù)的GMR效應(yīng)產(chǎn)生的 電容器結(jié)構(gòu)并沒有顯著地增加電容器的電容或電容器的能量密度，因?yàn)檫\(yùn)些現(xiàn)有技術(shù)GMR 結(jié)構(gòu)不提供電介質(zhì)材料的增強(qiáng)的極化電勢，由于運(yùn)樣的現(xiàn)有技術(shù)的磁性結(jié)構(gòu)橫跨了整個(gè)設(shè) 備，因此它們的磁通路沿著在它們的電容器內(nèi)偏離電介質(zhì)和在電介質(zhì)外部的路徑。換言之， 現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)并沒有得到在電容器能量密度上的顯著增加。
[0011] 下文是通過說明和與它們磁路的運(yùn)行相匹配的敘述性解釋W(xué)及與運(yùn)些現(xiàn)有技術(shù) 結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)的固有缺陷對某些示例的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的分析，運(yùn)些缺陷成為抑制運(yùn)些現(xiàn)有技術(shù) 設(shè)備達(dá)到在能量密度上顯著增益的原因。參考圖4,示出了示例的現(xiàn)有技術(shù)磁性電容器結(jié)構(gòu) 40的=維透視圖，該現(xiàn)有技術(shù)磁性電容器結(jié)構(gòu)40由具有在一個(gè)方向上水平平面的偶極子取 向的磁性材料制成的上板42、由具有在相同方向（即，平行磁性)上的平面的偶極子取向的 磁性材料制成的底板44,與夾在上板42和底板44磁性層之間的電介質(zhì)層46組成。上部42磁 性層和底部44磁性層是相反電極性的電極(例如，正極/負(fù)極）。在該圖示中，磁性電極板42、 44之間的垂直距離比橫跨磁性電極板的水平距離相對要短。結(jié)構(gòu)的電容與電極間的距離成 反比，然而電容隨著電極增加的表面積而增加，W及因此相對板尺寸而言電極間的垂直距 離通常保持很小。
[0012] 利用上部電極板相對于底部電極板的平行磁偶極子取向，如在圖4中所示，許多盡 管不是大多數(shù)的磁通將沿著首先在平面上從偶極子的尖端發(fā)出而后從一個(gè)磁性電極的相 反極性的偶極子端部朝向在水平方向上的相同磁性電極的另一相反的偶極子端部彎曲的 弧形磁路，其中大多數(shù)磁通橫穿上部電極的上部或者橫穿底部電極的底部，因?yàn)橥ㄟ^在磁 性電極之間的電介質(zhì)層的路徑關(guān)于密度電勢是沖突和受約束的，運(yùn)是由于磁通線不能夠穿 過彼此W及最簡單的非沖突路徑在結(jié)構(gòu)外部。因此，眾多的磁通路將完全地雜散于該結(jié)構(gòu) W及磁通將被促使在夾在該兩個(gè)電極之間的電介質(zhì)層的外部行進(jìn)，并且該磁通路還將雜散 于穿過電介質(zhì)層的電場行進(jìn)，該電場是從一個(gè)電極到另外電極正交對齊的。此外，如在與圖 5有關(guān)的下文所述，因?yàn)榇磐ǖ拇怕沸枰扔陔姌O板寬度距離的返回路徑，所W磁場強(qiáng)度相 比于在反平行磁性電極配置的相反偶極子端部之間的更短垂直距離的場強(qiáng)是顯著減弱的。 因此，利用電極的平行磁偶極子取向，大多數(shù)的磁通完全地雜散于電容器W及還顯示出相 對弱的磁場影響，運(yùn)兩者都是關(guān)于在電容器內(nèi)實(shí)現(xiàn)磁增強(qiáng)能量密度的不期望的特征。此外， 如果磁性電極板的尺寸大小被增加 W試圖提供固有的更大的總能量存儲容量，那么在磁鐵 的偶極子端部之間穿過高磁阻介質(zhì)行進(jìn)的磁路將在長度上增加且磁場強(qiáng)度將因此隨著增 加的距離W指數(shù)方式減少。雖然保持磁場強(qiáng)度的影響，但是運(yùn)些現(xiàn)有技術(shù)磁性電極結(jié)構(gòu)并 不能夠擴(kuò)大到更大的尺寸。
[0013] 圖5示出了示例的現(xiàn)有技術(shù)磁性電容器結(jié)構(gòu)50的=維透視圖，該現(xiàn)有技術(shù)磁性電 容器結(jié)構(gòu)50由具有在一個(gè)方向上水平平面的偶極子取向的磁性材料制成的上板52、具有與 上板相反方向上（即，反平行磁性)的水平平面的偶極子取向的磁性材料制成的底板54W及 夾在上部磁性層52和底部磁性層54之間的電介質(zhì)層56構(gòu)成。上部磁性層52和底部磁性層54 是相反電極性的電極(例如，正極/負(fù)極）。在該圖示中，磁性電極板52和54之間的垂直距離 比橫跨磁性電極板的水平距離相對要短。結(jié)構(gòu)的電容與電極間的距離成反比，然而電容隨 著電極增加的表面積而增加，因此相對板尺寸而言電極間的該垂直距離通常保持很小。
[0014] 如在圖5中所示的，利用上部電極板相對于底部電極板的反平行磁偶極子取向，許 多盡管不是大多數(shù)的磁通將沿著首先在平面上從偶極子的尖端發(fā)出而后從一個(gè)磁性電極 的相反極性的偶極子端部朝向在垂直方向的另外磁性電極的另外相反極性的偶極子端部 彎曲。因此，眾多的磁通路將沿著雜散于該結(jié)構(gòu)的路徑，也就是說，磁通將被促使在夾在兩 個(gè)電極之間的電介質(zhì)層的外部行進(jìn)，并且該磁通路還將雜散于穿過電介質(zhì)層的電場行進(jìn)， 該電場是自一個(gè)電極到另外電極正交對齊的。因此，運(yùn)些現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)不允許與電場影響 相結(jié)合工作的磁場的有益影響來實(shí)現(xiàn)有意義的磁增強(qiáng)的電容效應(yīng)。
[001引現(xiàn)在參考圖6A和6B，示出了示例的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)60 (例如，60A和60B)的側(cè)立面示 意圖，該現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)60由具有在一個(gè)方向上水平平面的偶極子取向的磁性材料制成的上 板62、具有在相同方向上（即，圖6A中的平行磁性)和可選地在相反方向（即，圖6B中的反平 行磁性)上平面的偶極子取向的離散磁性材料制成的底部電極64(例如，圖6A的64AW及圖 6B的64B) W及夾在上部62和底部64磁鐵間的電介質(zhì)層66構(gòu)成。上部62和底部64磁性層是相 反電極性的電極(例如，正極/負(fù)極）。在該圖示中，在磁性電極板62和64之間的垂直距離比 橫跨磁性電極板的水平距離相對要短。結(jié)構(gòu)的電容與電極間的距離成反比，然而電容隨著 電極增加的表面積而增加，因此相對于板尺寸而言電極間的該垂直距離通常保持很小。
[0016] 雖然在圖6A和6B中示出的底部磁鐵64是離散的，但是由于離散的磁鐵是W串行的 方式鏈接的，因此它們的磁性禪合產(chǎn)生了與單個(gè)板可比較的磁通路。因此，對兩個(gè)現(xiàn)有技術(shù) 討論(圖4-5)的說明大多數(shù)情況下適用于運(yùn)些結(jié)構(gòu)。
[0017] 利用上部電極板62相對于底部電極板64的平行磁偶極子取向（圖6A)，許多盡管不 是大多數(shù)磁通將沿著首先在平面上從偶極子的尖端發(fā)出而后從一個(gè)磁性電極的相反極性 的偶極子端部朝向在水平方向上的相同磁性電極的另外相反的偶極子端部彎曲的弧形磁 路，其中大多數(shù)磁通穿過上部電極62的上部或者穿過下部電極64的下部，因?yàn)橥ㄟ^在磁性 電極62、64之間的電介質(zhì)層66的路徑相對于密度電勢而言是沖突的和受約束的，因?yàn)榇磐?線不能夠穿過彼此W及最簡單的非沖突路徑在結(jié)構(gòu)60的外部。因此，眾多的磁通路將完全 地雜散于結(jié)構(gòu)60W及磁通將被促使在被夾在兩個(gè)電極64、62之間的電介質(zhì)層66的外部行 進(jìn)，并且該磁通路還將雜散于穿過電介質(zhì)層66的電場行進(jìn)，該電場是自一個(gè)電極到另外電 極正交對齊的。在離散磁鐵空隙間的磁通將具有相對小的磁場強(qiáng)度的弱化，因?yàn)榫嚯x相對 要短，然而，由于上部磁鐵的磁通的磁路W及底部電極的外部磁鐵的磁通返回路徑需要與 電極板的寬度距離相等的返回路徑，因此磁場強(qiáng)度相比在反平行磁性電極配置的相反偶極 子端部之間的短得多的垂直距離的磁場強(qiáng)度是顯著減弱的。因此，利用電極的平行磁偶極 子取向，大多數(shù)的磁通完全地雜散于電容器W及還顯示出相對弱的磁場影響，運(yùn)兩者對在 電容器內(nèi)實(shí)現(xiàn)磁增強(qiáng)能量密度都是不期望的特征。此外，如果磁性電極板的尺寸大小增加 W試圖提供固有的更大的總能量存儲容量，那么穿過在上部磁鐵的偶極子端部和底部電極 的外部磁鐵之間的高磁阻介質(zhì)行進(jìn)的磁路將在長度上增加 W及磁場強(qiáng)度將因此隨著增加 的距離W指數(shù)方式減少。因此，雖然保持磁場強(qiáng)度的影響，該磁性電極結(jié)構(gòu)并沒有很好地適 于擴(kuò)大到更大的尺寸。
[0018] 利用上部電極板相對于底部電極板的反平行磁偶極子取向（圖6B)，許多盡管不是 大部分的磁通將沿著首先在平面上從偶極子的尖端發(fā)出而后自一個(gè)磁性電極62的相反極 性偶極子的端部朝向在垂直方向的另外磁性電極64的另外相反偶極子的端部彎曲的弧形 磁路。因此眾多的磁通路將沿著雜散于該結(jié)構(gòu)60的路徑，也就是說，該磁通將被促使在被夾 在兩個(gè)電極62、64之間的電介質(zhì)層66的外部行進(jìn)，并且該磁通路還將雜散于穿過電介質(zhì)層 66的電場行進(jìn)，該電場是自一個(gè)電極到另外電極正交對齊的。在離散磁鐵的偶極子端部之 間橋接的磁通同樣地位于電極間的電場的外部。因此，該現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)不允許與電場影響 相結(jié)合工作的磁場的有益影響來實(shí)現(xiàn)有意義的磁增強(qiáng)的電容效應(yīng)。
[0019] 在圖7A-7B中的兩個(gè)圖示分別提供了示例的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)70的有代表性的偵岐面 示意圖和透視示意圖，該現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)70由具有垂直于上板72的平面的且對置于但平行于 由磁性材料制成的底板74的平面的垂直各向異性的偶極子取向的磁性材料制成的上板72 W及夾在上部和底部磁性層72、74之間的電介質(zhì)層76構(gòu)成。上部72和底部74磁性層是相反 電極性的電極(例如，正極/負(fù)極）。在運(yùn)些圖示中磁性電極板72、74之間的垂直距離比橫跨 該磁性電極板的水平距離相對要短。結(jié)構(gòu)70的電容與電極72、74間的距離成反比，然而電容 隨著電極增加的表面積而增加，因此相對于板尺寸的平面而言電極間的該垂直距離通常保 持很小。
[0020] 利用上部72電極板相對于底部74電極板的相反磁偶極子取向，磁通將垂直于電極 的平面穿過且橫跨夾在磁性電極間的電介質(zhì)材料76。但是磁通還將被促使沿著將沿著一弧 形的磁性路徑的磁路，該磁性路徑自上部磁性電極板72的上部發(fā)出完全地在電容器結(jié)構(gòu)的 外部圍繞底部電極74的相反的偶極子底部表面，該外部弧形路徑隨著磁性電極板的尺寸變 大而變長。此外，該很長的磁通外部弧形磁路相對于磁場強(qiáng)度顯著減弱。因此，對于保持磁 增強(qiáng)的電容效應(yīng)運(yùn)樣的結(jié)構(gòu)將不擴(kuò)大為更大的尺寸。
[0021] 參考圖8,示出了示例的現(xiàn)有技術(shù)磁性電容器結(jié)構(gòu)80的=維透視圖，該示例的現(xiàn)有 技術(shù)磁性電容器結(jié)構(gòu)80由具有在平面的偶極子取向的磁性材料制成的上板82和由非磁性 材料制成的底板84與夾在上部磁性電極層82和底部非磁性電極層84之間的電介質(zhì)層86- 起構(gòu)成。單個(gè)磁性電極82的磁通將被促使沿著將沿著雙弧形狀的磁路的磁路，該雙弧形狀 的磁路自上部磁性電極板82的北極發(fā)出，其中一個(gè)弧形路徑跨越在上部磁性電極板82上 部，完全在電容器結(jié)構(gòu)80的外部且因此雜散于電容器結(jié)構(gòu)80,而另一個(gè)弧形路徑跨越穿過 電介質(zhì)材料86和/或非磁性電極84,朝向上部磁性電極82的相反偶極子，運(yùn)兩個(gè)弧形形狀的 磁路路徑隨著磁性電極板82尺寸的變大而變長。此外，該很長的磁通弧形磁路相對于磁場 強(qiáng)度顯著減弱。因此，該結(jié)構(gòu)對于產(chǎn)生關(guān)于電容器的強(qiáng)的磁影響具有兩個(gè)固有的缺陷：削弱 磁場強(qiáng)度W及對降低磁通密度的雜散于電容器的磁通減半。
[0022] 圖9示出了示例的現(xiàn)有技術(shù)磁性電容器結(jié)構(gòu)90的=維透視圖，現(xiàn)有技術(shù)磁性電容 器結(jié)構(gòu)90由非磁性導(dǎo)體材料制成的上板92和具有非磁性導(dǎo)體材料的底板94構(gòu)成。同樣存在 具有在平面上的偶極子取向的磁性板96和電介質(zhì)層，該磁性板96橫跨電容器結(jié)構(gòu)90的整個(gè) 尺寸，該電介質(zhì)層夾在上部和底部非磁性導(dǎo)電板92和94W及磁性板96之間。該電介質(zhì)層電 隔離磁性板96。單個(gè)磁性板96的磁通將被促使沿著將沿著雙弧形狀的磁路的磁路，該雙弧 形狀的磁路自夾磁板96的北極發(fā)出，其中一個(gè)弧形路徑跨越在上部磁性板的上部，而另一 個(gè)弧形路徑跨越在磁性板的底部，其中該磁通穿過電介質(zhì)材料96和/或非磁性電極、或在電 容器結(jié)構(gòu)外部和雜散于電容器結(jié)構(gòu)，朝向磁性板的相反偶極子。通過高磁阻材料的弧形形 狀的磁路路徑隨著磁性電極板尺寸變大而變長。該很長磁通弧形磁路相對于磁場強(qiáng)度是顯 著減弱的。因此，該結(jié)構(gòu)對于產(chǎn)生關(guān)于電容器的強(qiáng)磁影響具有至少兩個(gè)固有的缺陷，如磁通 路徑將不能很好地將電容器結(jié)構(gòu)的尺寸擴(kuò)大到更大和其中磁通密度在偶極子端部附近為 最大的弧形磁通返回路徑將極大地雜散于電容器結(jié)構(gòu)，尤其是在電容器的兩個(gè)非磁性導(dǎo)體 板端子之間的垂直尺寸高度保持很小時(shí)。
[0023] 附圖簡述
[0024] 參考W下附圖可W更好地理解本公開的許多方面。在附圖中的部件不一定是按比 例的，而強(qiáng)調(diào)的是被布置來清楚地說明本公開的原理。此外，在附圖中，貫穿幾個(gè)視圖，相似 的參考數(shù)字表示相應(yīng)的部分。
[0025] 圖1A-1C是示出了示例的現(xiàn)有技術(shù)磁性電容器結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0026] 圖2A-2B是示出了另一示例的現(xiàn)有技術(shù)磁性電容器結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0027] 圖3是示出了另一示例的現(xiàn)有技術(shù)磁性電容器結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0028] 圖4是示出了包括上部和底部平行磁性電極板的示例的現(xiàn)有技術(shù)磁性電容器結(jié)構(gòu) 的示意圖。
[0029] 圖5是示出了包括上部和底部反平行磁性電極（圖8)的示例的現(xiàn)有技術(shù)磁性電容 器結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0030] 圖6A-6B是示出了具有上部磁板電極W及在平行和反平行偶極子取向上作為底部 電極的離散電磁鐵的示例的現(xiàn)有技術(shù)磁性電容器結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0031] 圖7A-7B是示出了包括上部和底部(垂直于平面的偶極子取向）磁性電極板的示例 的現(xiàn)有技術(shù)磁性電容器結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0032] 圖8是示出了包括單個(gè)磁性電極板和非磁性導(dǎo)電板的示例的現(xiàn)有技術(shù)磁性電容器 結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0033] 圖9是示出了包括兩個(gè)非磁性電極板和具有單個(gè)磁性層的電介質(zhì)夾層的示例的現(xiàn) 有技術(shù)磁性電容器結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0034] 圖10A-10B是示例的矢量模型的示意圖，其中上圖對應(yīng)于弱外部磁場的情況，而下 圖對應(yīng)于強(qiáng)外部磁場的情況。
[0035] 圖11A-11C是示出了示例的磁增強(qiáng)能量存儲(MEES)設(shè)備的實(shí)施例的示意圖。
[0036] 圖12A-1^是示出了包括部分地嵌入它們各自導(dǎo)體電極板的離散磁鐵的示例MEES 設(shè)備的實(shí)施例的示意圖。
[0037] 圖13是示出了用于在圖11A-11C中示出的MEES設(shè)備的示例層疊的實(shí)施例的示意 圖。
[003引圖14A-14C是示出了示例MEES設(shè)備的實(shí)施例的示意圖。
[0039] 圖15A-15B是示出了包括一種類型的磁鐵封裝的示例MEES設(shè)備的實(shí)施例的示意 圖。
[0040] 圖16A-16B是示出了包括另一種類型的磁鐵封裝的示例MEES設(shè)備的實(shí)施例的示意 圖。
[0041] 圖17是示出了用于在圖14A-14C中示出的MEES設(shè)備的示例層疊的實(shí)施例的示意 圖。
[0042] 圖18是示出了用于示例的MEES設(shè)備的實(shí)施例的示例配置的示意圖。
[0043] 圖19A-19D是示出了包括具有用于禪合磁鐵的方式的不同配置的離散磁鐵的示例 MEES設(shè)備的實(shí)施例的示意圖。
[0044] 圖20A-20C是W不同視角示出了示例MEES設(shè)備的實(shí)施例的磁性結(jié)構(gòu)的示例陣列的 示意圖。
[0045] 圖21是示出了用于操作MEES設(shè)備的示例電路的實(shí)施例的示意圖。
[0046] 圖22是示出了示例MEES方法的實(shí)施例的流程圖。
[0047] 示例的實(shí)施例描述 [004引概述
[0049]在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)包括:第一非磁性導(dǎo)體電極;第二非磁性導(dǎo)體電極;布置在 第一電極和第二電極之間的電介質(zhì)層，電介質(zhì)層在第一電極和第二電極之間延伸；W及包 括多對離散磁鐵的磁性禪合配對的第一層和第二層，第一層和第二層由非磁性材料分離， 其中至少第一層磁鐵傳導(dǎo)地連接到第一非磁性傳導(dǎo)電極。
[(K)加]詳細(xì)描述
[0051] 在不受關(guān)于影響的原因或影響起源的任何理論的約束或限制的情況下，公開了包 括磁增強(qiáng)的能量存儲(MEES)系統(tǒng)、設(shè)備和方法的發(fā)明的特定實(shí)施例，運(yùn)些特定的實(shí)施例利 用物理效應(yīng)的組合W實(shí)現(xiàn)電容器的能量密度的增長，運(yùn)些特定的實(shí)施例利用了包括下列中 的一項(xiàng)或多項(xiàng)操作中的基本原理：（a)電介質(zhì)單獨(dú)地W及獨(dú)立地作用于電場的外部影響和 磁場的外部影響，其中該電介質(zhì)結(jié)合運(yùn)樣的外部場力影響作用；W及(b)此外，強(qiáng)磁力對存 儲電容器的電子電荷的電極的影響還可W極大地增加在電極和電介質(zhì)界面上的電子軌道 狀態(tài)的密度W及因此提供在該電極上的電子(例如，增加的電荷）的增強(qiáng)的占有率。因此在 MEES系統(tǒng)和方法的特定實(shí)施例中的電場力和磁場力外來影響的結(jié)合應(yīng)用下，電容器的電極 和電介質(zhì)可W被促使關(guān)于使具有顯著更大的能量存儲密度的容量的有益影響，且該密度可 根據(jù)超巨量子電容來限定。
[0052] 對于在下文描述中將變得清晰的原因，與上文描述的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)相比，MEES系 統(tǒng)的特定實(shí)施例保持了在電容器結(jié)構(gòu)內(nèi)所有的或基本上所有的有益的磁通量，W便有助于 磁通量影響在電子軌道的能級，從而在MEES系統(tǒng)（例如，MEES設(shè)備）的內(nèi)部提供能量密度的 有益的增強(qiáng)。此外，或可選地，MEES系統(tǒng)的特定實(shí)施例提供了關(guān)于增加本公開的磁增強(qiáng)能量 儲存設(shè)備的尺寸大小，而同時(shí)避免了大幅降低磁場強(qiáng)度，從而在實(shí)現(xiàn)特別的能量密度方面 提供了能量儲存設(shè)備的功能擴(kuò)展性的準(zhǔn)備。
[0053] 簡要的題外話，電介質(zhì)是具有被所施加的電場"極化"的特質(zhì)的絕緣體。由于電介 質(zhì)的極化，在原子(或整個(gè)分子）中的正電荷朝向場遷移W及負(fù)電荷W遠(yuǎn)離場的相反方向移 動(dòng)。在原子級別上電子的自旋禪合相互作用可W移動(dòng)W便通過與電場力對齊而使它們的軌 道變更。電介質(zhì)的運(yùn)種極化反過來創(chuàng)造內(nèi)部電場，該內(nèi)部電場降低了在電介質(zhì)自身內(nèi)部的 W及電容器的電極之間的跨度上的整體電場。極化的程度用稱之為電介質(zhì)常數(shù)的數(shù)字來表 示。外電場力的運(yùn)種極化/自旋軌道的相互作用效應(yīng)的表現(xiàn)形式被稱為斯塔克效應(yīng)。根據(jù)量 子理論，在電子軌道上的電場力效應(yīng)將主量子數(shù)n的每個(gè)能級分為化-1個(gè)與電場強(qiáng)度成比 例的分離的等間距等級。
[0化4] 斯塔克效應(yīng)(S化rk Effect)的類似效應(yīng)是塞曼效應(yīng)(Zeeman Effect)(或帕邢-己 克效應(yīng)(Paschen-Back Effect))，借此在施加的磁場存在的情況下，原子的能級被分裂。如 果磁場足夠弱，那么相比在未擾動(dòng)等級間的能量差異分裂很小W及該分裂被稱為塞曼效 應(yīng)。在弱磁場的情形下，在圖IOA中示出的矢量模型IOOA暗示了軌道的角動(dòng)量L到自旋角動(dòng) 量S的禪合比它們到外磁場B的禪合更強(qiáng)。在自旋軌道禪合占優(yōu)勢的情形中，它們可W被視 為結(jié)合W形成總角動(dòng)量J，該總角動(dòng)量J隨后繞著磁場方向進(jìn)動(dòng)(precess) dL和S不是單獨(dú)守 恒的，僅總角動(dòng)量J = L+S是守恒的，該總角動(dòng)量J由箭頭所指示，該箭頭形成了圍繞磁場為 中屯、形成的巨大進(jìn)動(dòng)圓錐的邊緣。該自旋和軌道的角動(dòng)量矢量可W認(rèn)為是圍繞該（固定的） 總角動(dòng)量矢量J的進(jìn)動(dòng)。換言之，根據(jù)圖10A，明顯的是兩個(gè)獨(dú)立的進(jìn)動(dòng)動(dòng)量圓錐結(jié)合變成被 扭曲W調(diào)整至磁場(B)的一個(gè)圓錐，其中L和S圓錐終止W及J圓錐產(chǎn)生。該（時(shí)間）"平均的" 自旋矢量隨后將自旋射影到J的方向上。然而如由圖IOB中的模型IOOB所示，帕邢-己克效應(yīng) 發(fā)生在強(qiáng)磁場情形中，由此S和L更強(qiáng)地禪合到外部磁場而不是禪合到彼此，W及S和L可W 被視為圍繞外部磁場方向獨(dú)立地進(jìn)動(dòng)。該效應(yīng)是塞曼效應(yīng)的強(qiáng)磁場限制。
[0055] 由于外部磁場的影響，磁場量子數(shù)決定了原子軌道的能量轉(zhuǎn)移，因此其名字為磁 場量子數(shù)(例如，塞曼效應(yīng)）。然而，在原子軌道中的電子的實(shí)際的磁偶極矩不僅從電子角動(dòng) 量中，而且從W自旋量子數(shù)表示的電子自旋中得到。在原子物理學(xué)中，磁量子數(shù)是量子數(shù)集 合中的第=個(gè)(主量子數(shù)、角量子數(shù)、磁量子數(shù)W及自旋量子數(shù)），磁量子數(shù)描述了電子獨(dú)特 的量子態(tài)W及由字母m來指示。磁量子數(shù)指示了適于在子外殼內(nèi)的能級。
[0056] 存在與原子能量態(tài)相關(guān)聯(lián)的量子數(shù)的集合。四個(gè)量子數(shù)n、C、m和S詳細(xì)說明了在稱 為原子波動(dòng)函數(shù)或原子軌道的原子中單個(gè)電子的完全的W及獨(dú)特的量子態(tài)。薛定禪方程的 波動(dòng)函數(shù)減少至=個(gè)方程，當(dāng)解開了該=個(gè)方程時(shí)，產(chǎn)生第一次的=個(gè)量子數(shù)。因此，用于 第一次的=個(gè)量子數(shù)的方程都是相關(guān)的。磁量子數(shù)出現(xiàn)在波動(dòng)方程的角部分的解中。
[0057] 與量子態(tài)相關(guān)聯(lián)的該磁量子數(shù)由m指示。該磁量子數(shù)m不精確地指的是角動(dòng)量矢量 的方向。該磁量子數(shù)m不影響電子的能量，但其影響電子云。假定特定的C、!!!可W是從到￡ 之間的任何整數(shù)。更確切地說，對于指定的軌道動(dòng)量的量子數(shù)￡(代表與角動(dòng)量相關(guān)聯(lián)的角 量子數(shù))而言，存在從-C到C變化的2￡+1個(gè)整數(shù)磁量子數(shù)m，其限制了沿著量子軸向的總角 動(dòng)量的小數(shù)部分使得它們限制為值m。該現(xiàn)象稱為空間量化。由于每個(gè)電子軌道具有在磁場 中的磁矩，該電子軌道將受到扭矩影響，該扭矩傾向于使矢量L平行于磁場。在磁場中電子 軌道的進(jìn)動(dòng)稱為拉莫爾進(jìn)動(dòng)(Larmor precession)。
[005引為了描述磁量子數(shù)m，一個(gè)方程W原子的電子角度動(dòng)量L作為開始，該方程通過如
下方程占且吾早掀扣普.
[0化9]
[0060] t普朗克常數(shù)(reduced Planck constant)。任何波的能量 都是頻率乘W普朗克常數(shù)。運(yùn)促使波顯示為稱為量子的能量的類似粒子的包。為了顯示在 量子狀態(tài)下的量子數(shù)中的每個(gè)，用于每個(gè)量子數(shù)的公式包括僅允許特定或離散或量子化的 能級的普朗克約化常數(shù)。
[0061] 為了顯示僅允許角動(dòng)量的特定離散量，￡必須是整數(shù)。量子數(shù)m指的是用于任何指 定方向的角動(dòng)量的射影，通常稱為Z方向。Lz是在Z方向上角動(dòng)量的分量，其由公式提供：
[0062]
[0063] 表示用于磁量子i
巧公式的另一種方 法是特征值；
[0064] 在電容器甲任備的能量計(jì)算為：
[00化]E = 1/2C v2，
[0066] 其中，E是能量，C是電容W及V是電壓。
[0067] 如果導(dǎo)體的幾何形狀W及在導(dǎo)體間的絕緣體的電介質(zhì)屬性是已知的，那么電容可 W被計(jì)算出。例如，由距離d分離的面積都為A的兩個(gè)平行板構(gòu)造的平行板電容器的電容近 似等于如下：
[006引
[0069]其中C是電容;A是兩個(gè)板之間的重疊的面積；Er是兩板(針對真至，Er= 1 )間材料的 相對介電常數(shù)(有時(shí)也稱為電介質(zhì)常數(shù)）；e〇是真空的介電常數(shù)（e〇>8.854Xl〇-12F m 1); W及d是板間的間隔。
[0070] 電容與重疊的面積成正比W及與導(dǎo)電片間的間距成反比。運(yùn)些片越彼此靠近，電 容越大。方程式是很好的近似，如果d相比板的其他尺寸很小，因此在電容中的場在其大部 分區(qū)域上是均勻的，并且圍繞外圍的所謂的邊緣場提供了很小的貢獻(xiàn)。
[0071] 已經(jīng)描述了包括在MEES系統(tǒng)的特定實(shí)施例的某些物理機(jī)制，下文的描述是針對現(xiàn) 有技術(shù)結(jié)構(gòu)和磁增強(qiáng)能量存儲設(shè)備、或通常MEES系統(tǒng)的示例結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例之間 的幾個(gè)差異。通常，MEES系統(tǒng)的特定實(shí)施例有別于所有現(xiàn)有技術(shù)，因?yàn)榇挪牧喜唤佑|地橫跨 整個(gè)設(shè)備寬度(其中在現(xiàn)有技術(shù)中的至少一個(gè)磁鐵層橫跨整個(gè)設(shè)備）。替代的是，當(dāng)通過最 小化相反的極的距離W及產(chǎn)生在能量密度上非預(yù)期的特別的增長方式來保持磁場強(qiáng)度時(shí) (不管整個(gè)設(shè)備的尺寸大小），磁性材料被圖案化為被配置為放大磁通強(qiáng)度的離散磁性結(jié) 構(gòu)。
[0072] MEES系統(tǒng)的特定實(shí)施例的磁增強(qiáng)能量存儲設(shè)備有別于現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)原因是因 為磁路被設(shè)計(jì)為被完全地包圍在設(shè)備的電場內(nèi)W便提供磁場和電場為了非預(yù)期的、協(xié)作的 效果而彼此結(jié)合來工作，并且運(yùn)樣磁路的包含提供了在能量密度效益上的產(chǎn)生的意料外的 超巨大增益。MEES系統(tǒng)和方法使用了明顯不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)被證明觸發(fā)了超巨 磁性電容效應(yīng)(SCMC)，該獨(dú)特的結(jié)合的效應(yīng)獲得了遠(yuǎn)超過由復(fù)合結(jié)構(gòu)中的單個(gè)組件將所期 望的顯著增強(qiáng)的能量儲存密度。SCMC效應(yīng)是尤其顯著和意外地，考慮到當(dāng)使用Si02作為電 介質(zhì)材料時(shí)，該材料并不知曉具有諸如稀上儘氧化物或者例如Cu化Ti03的磁電容的屬性， 該效應(yīng)可W發(fā)生。此外Si02是基于可比的基數(shù)上的相當(dāng)?shù)偷慕殡姵?shù)的材料，其具有3.9的 K值，還有對MEES系統(tǒng)的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)進(jìn)行測試?yán)肧i02已經(jīng)產(chǎn)生了從25000變化到超過 70000倍的非磁性增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的值的電容值。MEES系統(tǒng)的特定實(shí)施例提供了得到在儲能密度 上未預(yù)料到的和特別的巨大增益的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
[0073] 已經(jīng)總結(jié)了本公開的MEES系統(tǒng)的特定特征，現(xiàn)在將更具體地參考如在附圖中示出 的本公開的描述。當(dāng)結(jié)合運(yùn)些附圖描述本公開時(shí)，不旨在將本公開局限于本文公開的一個(gè) 實(shí)施例或多個(gè)實(shí)施例。例如，具有上部和下部磁鐵的反平行偶極子取向的MEES系統(tǒng)主要聚 焦在隨后的說明中，在該說明中可W理解為在某些實(shí)施例中，平行偶極子取向可W被部署。 另外，盡管本說明指的是上部和下部結(jié)構(gòu)的示例，但其不意味著本結(jié)構(gòu)的取向?qū)儆诖怪标P(guān) 系，W及具有相同或類似結(jié)構(gòu)的其他取向被認(rèn)為在本公開的范圍內(nèi)。此外，盡管本說明還識 別或描述了一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的詳情，但運(yùn)些詳情不一定是每個(gè)實(shí)施例的部分，也不一定 是與單個(gè)實(shí)施例或所有實(shí)施例相關(guān)聯(lián)的所有不同的闡述的優(yōu)點(diǎn)。與之相比，旨在覆蓋所有 包括在如由所附權(quán)利要求限定的本公開的精神和范圍內(nèi)的可選的、修改或者等價(jià)物。此外， 應(yīng)當(dāng)理解的是在本公開的上下文中要求不一定局限于在說明書中闡述的特定實(shí)施例。應(yīng)當(dāng) 注意到在隨后的附圖中，磁通的示例是出于演示的目的，W及磁通的數(shù)量或程度除了自附 圖中的理解W外可W具有大量的可考慮的密度和/或強(qiáng)度。
[0074] 在圖IlA中的圖示示出了磁增強(qiáng)能量儲存(MEES)設(shè)備110的實(shí)施例的S維、剖面 的、透視示意圖（W及圖11B和11C分別示出了側(cè)視和頂視示意圖）。如在圖11A-11C示出的， MEES設(shè)備結(jié)構(gòu)110 (例如，11OA、11OB和11OC)的一個(gè)實(shí)施例包括基底112(例如，娃晶圓、玻璃 塊等等）、布置在基底112上W使MEES與基底在傳導(dǎo)性上絕緣的可選的電介質(zhì)/絕緣層114、 布置在層114上的非磁性傳導(dǎo)電極層116(例如，侶、銅等等）、傳導(dǎo)地附加在下部導(dǎo)電的、電 極層116上的離散磁鐵120(下部）圖案、封裝下部磁鐵120和上部磁鐵124的偶極子端部W及 繼續(xù)作為在離散磁鐵120和124之間的填充層的電介質(zhì)122、偶極子取向與離散磁鐵120的下 部圖案反平行的離散磁鐵124的上部圖案、上部離散磁鐵124傳導(dǎo)地連接到上部傳導(dǎo)板126。 在某些實(shí)施例中，磁鐵120和124的全部或部分的封裝(嵌入)可W整個(gè)地(例如，每個(gè)磁鐵的 表面，W及在某種意義上，"漂浮"在電介質(zhì)內(nèi)）在電介質(zhì)122內(nèi)部。在某些實(shí)施例中，磁鐵120 和124的全部或部分可W部分地嵌入在電介質(zhì)122內(nèi)（例如，除了郵鄰各自導(dǎo)電電極的表面 W外磁鐵的所有表面可W被封裝、磁鐵的大部分被封裝在電介質(zhì)內(nèi)等等）。
[0075] 如在圖12A (透視圖）和12B (側(cè)視圖）中所示，針對上文設(shè)計(jì)的可選的實(shí)施例11OB包 括部分地嵌入到它們各自導(dǎo)電的電極板116和126的離散磁鐵120和124。類似于上文的關(guān)于 電介質(zhì)的封裝或嵌入的討論，在某些實(shí)施例中，磁鐵120、124的全部或部分的封裝可W整個(gè) 地(例如，每個(gè)磁鐵的所有表面)在各自的電極116、126內(nèi)。在某些實(shí)施例中，磁鐵120、124的 全部或部分可W部分地嵌入在各自的電極116、126內(nèi)（例如，除了郵鄰電介質(zhì)122的表面W 外磁鐵的所有表面可W被電極封裝、磁鐵的大部分被封裝在電極內(nèi)等等）。在某些實(shí)施例 中，封裝的程度(或者沒有封裝)在與圖12中的"上部"電極126相關(guān)聯(lián)的磁鐵W及在相同附 圖中與"底部"電極116相關(guān)聯(lián)的磁鐵之間可W是不同的。
[0076] 應(yīng)當(dāng)注意到在特定實(shí)施例中，對電極的引用指的是有磁性的和/或非磁性的傳導(dǎo) 層W及其受到限定極性的施加電場力的影響。
[0077] 在圖11中（例如，1IA)示出了用于設(shè)計(jì)11OA的示例的層疊 110A-1的一個(gè)實(shí)施例可 W如在圖13中所示。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在本公開的上下文中，在圖13中 所示出的配置是出于例證的目的，W及某些實(shí)施例可W使用不同的和/或其他材料和/或厚 度的尺寸W及安排。
[007引如在圖14A-14C中的MEES設(shè)備140A所描述的，另一增強(qiáng)的實(shí)施例包括磁場的影響 和磁通路，其是被引起朝向傳導(dǎo)電極142中的一個(gè)電極。在一個(gè)實(shí)施例中，MEES設(shè)備140A的 結(jié)構(gòu)包括基底144(例如，娃晶圓、玻璃片等等）、布置在基底144上的可選的電介質(zhì)/絕緣層 146、布置在層146上的非磁性傳導(dǎo)電極層148(例如，侶、銅等等）、電介質(zhì)152、至少部分地嵌 入電介質(zhì)152的離散下部154和上部156磁鐵的圖案、W及上部傳導(dǎo)電極142。在圖14A-14C中 示出的設(shè)計(jì)可W變成極磁增強(qiáng)能量儲存設(shè)備，由此當(dāng)設(shè)備由充電電路充電時(shí)，具有傳導(dǎo)地 附加的離散磁鐵154、156圖案的傳導(dǎo)電極142是其上存儲電子的板。在電介質(zhì)內(nèi)的封裝可W 是完全用于磁鐵154、156的所有或部分，或者部分地W用于圖11-12的上文描述的方式相類 似的方式封裝。應(yīng)當(dāng)注意到在某些實(shí)施例中，充電電路可W明確地禪合到在其上沒有磁鐵 傳導(dǎo)地連接的板上(例如，在圖14A中的底板148)。該結(jié)構(gòu)140A(在圖14A-14C中）與現(xiàn)有技術(shù) 有非常大的區(qū)別，因?yàn)槠涮峁┝烁鼜?qiáng)的磁場電勢，原因是如在圖14A-14C的上文描述的實(shí)施 例有關(guān)的所示出的，來自離散磁鐵154、156的反平行偶極子取向的偶極子端部的垂直磁通 回流間隙比如果離散磁鐵具有橫跨在上部(例如，正極)傳導(dǎo)電極板142和底部(例如，負(fù)極） 傳導(dǎo)電極板148之間的整個(gè)電介質(zhì)材料的它們的磁通路徑更近。例如，運(yùn)樣的設(shè)計(jì)從制造的 角度來看可能會(huì)受到青睞，因?yàn)樗鼘⒉粫?huì)造成在正和負(fù)極142、148之間的電介質(zhì)的電氣短 路(例如，通過來自所需單步銳削操作的導(dǎo)電殘余物W形成磁鐵結(jié)構(gòu)的圖案）。
[0079] 同樣地，在圖14A-14B的MEES設(shè)備140A中夾在反平行磁鐵間的區(qū)域可W是薄的非 鐵磁性間隔材料158,該非鐵磁性間隔材料15則尋離散上部156和下部154反平行偶極子取向 磁鐵的界面禪合相隔離。該間隔材料158可W是電介質(zhì)（例如，低K值的、高K值的、或甚至磁 電容材料的電介質(zhì)）或者可選擇地，傳導(dǎo)非磁性材料（例如銅、侶、鐵、鶴、金、銀、釘、粗等 等），或者傳導(dǎo)的、反鐵磁材料。
[0080] 如在圖15A-15B中示出的由MEES設(shè)備140B所示出的，在圖14A-14C中示出的MEES設(shè) 備140A的可選的實(shí)施例支持將離散磁鐵全部地或部分地嵌入到非磁性的、傳導(dǎo)的電極板。 在圖14A-14B和15A-15B之間的相似編號的部件具有相同的結(jié)構(gòu)，W及因此在本文為簡潔起 見省略了再次相同的說明。類似于上文關(guān)于圖11A-12B描述的封裝方式，許多不同封裝類型 可W在包括整體封裝(例如，用于在圖15和/或16中的磁鐵的全部或部分，部分封裝(例如， 除了一個(gè)表面W外的全部用于磁鐵的全部或部分、在電介質(zhì)或電極中封裝的一個(gè)或多個(gè)磁 鐵中的大部分等等））的不同實(shí)施例間使用。運(yùn)些設(shè)計(jì)可W簡化制造 W及降低制造成本，因 為其潛在地消除了在從圖案化離散磁鐵和運(yùn)些電介質(zhì)材料的極化形成的間隙之間沉積電 介質(zhì)的需要，W提供在陣列中的至少上部離散磁鐵中的導(dǎo)電的附加。
[0081] 圖16A-16B示出了具有離散磁鐵154、156的幾乎全部地(例如，除了一個(gè)表面的所 有表面被封裝到非磁性電極材料)嵌入的圖案的MEES設(shè)備140C的另一實(shí)施例的S維、剖面 透視示意圖（圖16A)和側(cè)視示意圖（16B圖）。在圖14A-14B和16A-16B之間的相似編號的部件 具有相同的結(jié)構(gòu)，W及因此在本文為簡潔起見省略了再次相同的說明。圖16A中的MEES設(shè)備 HOC提供了具有離散磁鐵154、156部分地(例如，除了一個(gè)表面W外的所有、磁鐵的大部分 等等，如上文討論的類似)嵌入的圖案的設(shè)計(jì)的=維、剖面圖。同樣地，右圖（圖16B)所示的 是具有離散磁鐵154、156部分地嵌入的模式的設(shè)計(jì)(140C)的側(cè)視、剖面、透視圖。
[0082] 在一個(gè)實(shí)施例中，復(fù)合結(jié)構(gòu)將具有電連接到非磁性的、低電阻的導(dǎo)體的離散磁性 結(jié)構(gòu)，該非磁性的、低電阻導(dǎo)體在與電介質(zhì)材料的接觸面相對的磁性結(jié)構(gòu)的一側(cè)上，W便最 小化通過磁性材料的相對高電阻行進(jìn)的位移電流（即，電荷）的距離。運(yùn)些非磁性導(dǎo)體有效 地橫跨電極的磁性部分的間隙W便提供對另外將是非電容表面區(qū)域的電容效應(yīng)，該非電容 表面區(qū)域具有是長條或者最優(yōu)選是整個(gè)電容板的運(yùn)些非磁性導(dǎo)體。對實(shí)現(xiàn)超巨磁電容效 應(yīng)、高能量密度存儲W及磁鐵圖案的巨大幾何形狀的可伸縮性重要的是非磁性導(dǎo)體板覆蓋 穿過電介質(zhì)層的磁通區(qū)域W便保持在設(shè)備結(jié)構(gòu)內(nèi)部的高強(qiáng)度磁場W及具有結(jié)合在設(shè)備的 非磁場導(dǎo)體板的間隙上得到的放大的電場效應(yīng)工作的高強(qiáng)度磁場。形成設(shè)備上部和下部導(dǎo) 體板的低電阻材料的使用對于得到攜帶電容的增強(qiáng)電流W及因此有益于較高的電流充電 和放電環(huán)上是有益的。一個(gè)可選的實(shí)施例將具有離散磁鐵的至少一部分或全部，如上文所 述，離散磁鐵電連接到非磁性、較低電阻電流的導(dǎo)體W嵌入到非磁性、較低電阻電流導(dǎo)體的 表面。同樣如上文所述，還有的另一實(shí)施例將具有全部地嵌入到非磁性、較低電阻電流導(dǎo)體 板的離散磁鐵。盡管上文圖14A-1她中所示出的實(shí)施例示出了最接近"上部"電極的磁鐵，但 在某些實(shí)施例中，磁鐵可W最接近"底部"板，W及或者通過復(fù)制接近"上部"和"底部"板的 運(yùn)樣的離散磁禪合配對W接近"上部"和"底部"板。
[0083] 在圖14A中示出的用于MEES設(shè)備140A的示例的層疊140A-1的一個(gè)實(shí)施例可W如在 圖17中所示。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在本公開的上下文中，在圖17中所示出 的配置是出于說明的目的，W及某些實(shí)施例可W使用不同的和/或其他材料和/或厚度的尺 寸W及安排。
[0084] 用于MEES設(shè)備和/或系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的磁鐵可W由不同的鐵磁性 材料(例如，具有鐵磁性屬性)制成，包括鐵磁性材料(例如，鐵制品、鉆、儀)的單個(gè)元素或合 金組合，該合金可W配置具有或沒有引人添加物(例如，氮、棚、衫、侶、銅、碳、欽、鋪等等）的 有益屬性，或者該合金可W由化USler合金制成。離散磁性結(jié)構(gòu)可W是單一材料的結(jié)構(gòu)或者 由不同復(fù)合物的疊層形成結(jié)構(gòu)，例如，CoFe的獨(dú)石層、或NiFe的獨(dú)石層或CoNiFE的獨(dú)石層、 或者薄膜層的疊層(例如，CoFe覆蓋Ni化覆蓋Co化層，或者具有Co化層的鉆種子層），W及薄 膜層的其他布置和組合。磁鐵疊層可W利用反鐵磁層W便有助于將一層固定入期望的反平 行配置中。例如，某些MEES設(shè)備的實(shí)施例可W利用鐵磁性金屬(例如，鉆、鐵制品、儀和其合 金)與反鐵磁性材料(例如，F(xiàn)eMn)的組合提供在磁性結(jié)構(gòu)內(nèi)的交換偏置禪合，其可W幫助固 定偶極子的方向W及可選擇地硬化相應(yīng)磁性結(jié)構(gòu)的各向異性。換言之，在某些實(shí)施例中，反 鐵磁體的使用可W提高區(qū)分鐵磁性結(jié)構(gòu)的矯頑力的能力。另外，由于交換偏置，反鐵磁體的 使用可W增強(qiáng)鐵磁體的整體硬度，運(yùn)可W導(dǎo)致具有增強(qiáng)"耐久性"的電容W便很少可能地當(dāng) 在AC模式下使用時(shí)被外部磁場改變和/或改變電容器頻率響應(yīng)特征。在某些實(shí)施例中，僅一 個(gè)鐵磁層可W利用交換禪合到反鐵磁材料層而被固定。在某些實(shí)施例中，兩個(gè)離散的鐵磁 層可W禪合到反鐵磁層。在該實(shí)例中，在反平行磁偶極子取向的鐵磁體之間存在零個(gè)或不 足夠的附加間距，W及替代的，在離散鐵磁體之間僅有反鐵磁層。
[0085] 提供各向異性方法的一個(gè)實(shí)施例(例如，用于示例的MEES設(shè)備的實(shí)施例)包括當(dāng)基 底保持在沉積室中的其固定裝置的同時(shí)在磁場影響下的同時(shí)沉積磁性材料，例如，利用DC 供電的電磁場或由永久磁鐵提供的磁場。此外，得到反平行偶極子取向的所述方法包括在 DC供電的電磁場的一個(gè)方向的影響下沉積磁性材料的第一層W及隨后在DC供電的電磁場 的相反方向的影響下沉積反平行磁性結(jié)構(gòu)。在磁場影響下的制造后退火制作可W是用于實(shí) 現(xiàn)磁性層的各向異性和偶極子取向的另一機(jī)制，由此被期望W反平行磁性對齊放置的磁性 結(jié)構(gòu)具有不同的矯頑力屬性W便當(dāng)在退火室中引入的磁場隨著退火室中溫度的改變反轉(zhuǎn) 時(shí)它們將在退火期間W反平行的配置對齊。將磁性疊層對齊到期望的反平行配置的另一方 法是構(gòu)造由磁性材料合成的一個(gè)磁性結(jié)構(gòu)使得具有場強(qiáng)，該場強(qiáng)能夠在磁性退火期間在該 磁性結(jié)構(gòu)和另一磁性結(jié)構(gòu)被促使進(jìn)入公共磁性對齊之后矯磁該另一磁性結(jié)構(gòu)。
[0086] 反平行、磁性疊層可W圖案化為不同配置（例如，形狀和尺寸），包括但不限于矩 形、楠圓、卵形、菱形、半圓形和/或具有=角形的矩形或包圍的偶極子端部區(qū)域的矩形。運(yùn) 些形狀可W提供增強(qiáng)的形狀各向異性和/或磁通集中的目的，和/或允許設(shè)備的表面區(qū)域的 每單元的偶極子端部的改進(jìn)的密度，和/或W便得到磁場的加強(qiáng)和/或磁路的磁通致密化。 每個(gè)離散的、反平行的、禪合的磁場疊層不必類似于相鄰的反平行的、禪合的磁性疊層，因 為疊層的彎曲陣列可W用于增加水平表面積的每面積上的總反平行磁性疊層的密度。用于 2x3磁鐵、復(fù)合結(jié)構(gòu)陣列的某些示例性的磁鐵配置(例如，幾何尺寸和磁鐵間隔)在圖18中示 出，其中要理解的是其他的配置(例如，尺寸、幾何配置和/或間隔）可W用于某些實(shí)施例。在 本公開的上下文中本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，例如，盡管示出了 3的安排， 但在某些實(shí)施例中，離散磁鐵配對可W是單對，或者多于單對(例如，數(shù)十對、數(shù)百對、數(shù)千 等等）。
[0087] 在某些實(shí)施例中，磁增強(qiáng)能量設(shè)備復(fù)合結(jié)構(gòu)可W在軸向方向（即，Z方向）上W交替 的電極性被重復(fù)W提供在平行電路中能量存儲設(shè)備的疊層W用于基底表面積的每個(gè)單元 更大的能量密度。圖19A和19B示出了標(biāo)志為MEES設(shè)備190A的MEES設(shè)備的實(shí)施例，由此復(fù)合 結(jié)構(gòu)的離散磁鐵192具有電連接到導(dǎo)體196的磁鐵192的磁禪合對中的至少一個(gè)磁鐵(例如， 194)，其中當(dāng)MEES設(shè)備190A充電時(shí)，電子朝向（例如，存儲）導(dǎo)體196移動(dòng)。圖21C-21D示出了 MEES設(shè)備190B的實(shí)施例，由此復(fù)合結(jié)構(gòu)的離散磁鐵192具有傳導(dǎo)地連接到相反電極性的導(dǎo) 體結(jié)構(gòu)196、198的兩者中的每一個(gè)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的磁鐵192的磁禪合對中的每一個(gè)。
[0088] 圖20AW剖面圖示的方式示出了配置為倒裝忍片設(shè)計(jì)的示例的MEES設(shè)備200的實(shí) 施例的代表性示例。MEES設(shè)備200包括如上文布置的金屬接觸襯墊區(qū)域202, W及郵鄰的磁 性陣列204。磁性陣列204如上文布置，并且郵鄰電介質(zhì)206。電介質(zhì)206如上文布置，并且郵 鄰磁性陣列208，該磁性陣列208如上文布置并且郵鄰金屬210。還示出了橫向郵鄰結(jié)構(gòu)（例 如，202-210)是襯墊間隙212。襯墊間隙212可W是空氣/電介質(zhì)。橫向郵鄰襯墊間隙212是包 括金屬通孔216的金屬接觸襯墊區(qū)域214。圖20B提供了磁性結(jié)構(gòu)204、208的離散的、磁性禪 合配對的陣列的示例的自上而下、剖面透視圖W及在該實(shí)施例中示出了其中配對的磁性結(jié) 構(gòu)204、208中的一個(gè)導(dǎo)電地與復(fù)合結(jié)構(gòu)中的非磁性導(dǎo)體材料中的每個(gè)傳導(dǎo)地接觸的截面 圖，傳導(dǎo)觸點(diǎn)在描繪了圖20B的上部圓周區(qū)域的圖20C的近攝圖中進(jìn)行了詳細(xì)描述。
[0089] 圖20C-20D示出了圖20B的剖視圖的周期區(qū)域的細(xì)節(jié)的近攝圖。參考圖20C，示出的 是復(fù)合結(jié)構(gòu)的示例的組成材料，包括在一端上，金屬接觸襯墊區(qū)域202W及布置在郵鄰襯墊 202的磁鐵204, W及在另一端上，金屬210、布置在郵鄰金屬210的磁鐵208 W及夾在兩個(gè)端 部結(jié)構(gòu)間的電介質(zhì)206。圖20D示出了從底部導(dǎo)體210引出的通孔216的結(jié)構(gòu)W提供在MEES設(shè) 備200的倒裝忍片設(shè)計(jì)的上部上的接觸表面214。
[0090] 如上文所描述的，已經(jīng)看到現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)共同具有公共的弊端，該弊端在于它們 電極中的至少一個(gè)電極構(gòu)造為具有橫跨電極整個(gè)寬度的磁鐵，運(yùn)導(dǎo)致它們的磁路雜散于電 場穿過W便不允許在它們的設(shè)備內(nèi)部組合的磁場和電場影響，和/或如果運(yùn)樣的結(jié)構(gòu)放大 到更大的體積W試圖增加總的能量存儲，那么運(yùn)樣的現(xiàn)有技術(shù)電路可W導(dǎo)致磁場強(qiáng)度的弱 化。
[0091] 相比之下，MEES系統(tǒng)的特定實(shí)施例利用磁性禪合的磁鐵離散對W導(dǎo)致最小化通過 高磁阻（即，非磁性材料)的磁通路的路徑W便保持強(qiáng)磁場的強(qiáng)度W及使得磁通路完全地或 主要地包括在MEES設(shè)備的結(jié)構(gòu)內(nèi)部（例如，在電介質(zhì)和/或非磁性導(dǎo)體板內(nèi)）W便提供有益 的電容效應(yīng)。
[0092] 在某些實(shí)施例中，M邸S設(shè)備可W使用諸如兩種組成材料、離散的磁化的磁性材料 元件W及非磁性導(dǎo)體材料元件來得到復(fù)合結(jié)構(gòu)，該復(fù)合結(jié)構(gòu)意外地產(chǎn)生了超過各個(gè)組成部 分的總量的電屬性和能量存儲的結(jié)果。
[0093] 復(fù)合材料(也稱為合成材料或者簡稱為復(fù)合物)指的是由具有明顯不同物理的、化 學(xué)的、電的和/或磁性屬性的兩種或多種組成材料制成的材料，其中當(dāng)兩種或多種組成材料 組合時(shí)，利用與各個(gè)組成材料和/或部件不同的特征來生成材料。在復(fù)合物內(nèi)，各個(gè)組件在 完成的結(jié)構(gòu)內(nèi)保持分離和明顯的區(qū)別。出于眾多原因新的材料可W是優(yōu)選的。
[0094] 事實(shí)是MEES設(shè)備的特定實(shí)施例的結(jié)構(gòu)得到了與包括獲得的SCMC效應(yīng)和值的各個(gè) 組件不同的特征，之前并沒有期望運(yùn)樣的事實(shí)。事實(shí)上，MEES設(shè)備得到超過各個(gè)組成材料和 組件的電容的結(jié)果。
[00M]圖21提供了用于操作MEES設(shè)備的示例的電路220。電路220是具有電力路徑管理功 能的完全集成的高輸入電壓MEES設(shè)備。該MEES充電器能夠執(zhí)行充電電流/充電電壓(CC/CV) 的充電功能。充電器允許輸入電壓達(dá)到V最大，但當(dāng)輸入電壓超過VoVP OVP口限時(shí)則被禁 止。充電電流和充電結(jié)束化OC)電流可W具有外部電阻可編程的電流。當(dāng)充電電流在CV充電 相位期間減弱為可編程的EOC電流級別時(shí)，EO巧旨示器(CHG)將切換到邏輯"高"W及指示充 電結(jié)束狀態(tài)。充電器將繼續(xù)充電直到用戶編程的超時(shí)間隔已經(jīng)過去了，然后充電器被終止。 電路220使用單獨(dú)的電力路徑W供應(yīng)系統(tǒng)負(fù)載和為MEES設(shè)備充電。該特征允許系統(tǒng)利用完 全地被放電的MEES設(shè)備立即運(yùn)行。當(dāng)MEES設(shè)備充滿電時(shí)，該特征還允許終止充電，同時(shí)利用 輸入電源繼續(xù)供應(yīng)系統(tǒng)，因此最小化不必要的充電/放電周期。兩個(gè)指示引腳(PPR和CHG)允 許到微處理器或L邸的簡單接口。
[0096] 鑒于上文的描述，應(yīng)當(dāng)理解的是，如在圖22的流程圖中所描述的，方法230的一個(gè) 實(shí)施例包括對偶極子配對的磁性材料(232)的多層提供各向異性;將磁性材料圖案化為一 個(gè)或多個(gè)幾何形狀(234);在該多層(236)之間沉積電介質(zhì)層；W及沉積非磁性可相反極性 的多個(gè)導(dǎo)電電極，其中磁性材料沉積在非磁性導(dǎo)電電極（238)之間或在非磁性導(dǎo)電電極 (238)內(nèi)部。
[0097] 如由本公開的領(lǐng)域的具有適當(dāng)技術(shù)的人員將理解的是，在流程圖中的任意過程說 明或框圖應(yīng)當(dāng)理解為代表步驟和/或模塊、分段或其包括用于在過程中實(shí)施特定邏輯功能 或步驟的一個(gè)或多個(gè)可執(zhí)行的指令的代碼的部分，W及可選擇的實(shí)現(xiàn)包括在實(shí)施例的范圍 內(nèi)，在實(shí)施例中功能可W W與示出或討論的次序不同的次序執(zhí)行，其包括大體上同時(shí)發(fā)生 地、取決于設(shè)及的功能。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在本公開的上下文，考慮了 MEES系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例。例如，MEES設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例可W包括對置表面的至少兩 個(gè)可充電的、導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，每個(gè)連接到具有所述導(dǎo)體結(jié)構(gòu)復(fù)合結(jié)構(gòu)中的至少一個(gè)的相反電極 性、對置表面導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的端子上，該復(fù)合結(jié)構(gòu)由包括非磁性導(dǎo)電材料的組成材料合成，該非 磁性導(dǎo)電材料與一對離散的、另外磁性禪合的、磁化的磁性材料元件中的至少一個(gè)導(dǎo)電接 觸；W及離散磁化的磁性材料元件的配置，其提供了包含它們的磁通路的部分，該磁通路通 過能量存儲設(shè)備的非磁性材料，W便使磁通路的所述部分完全地或主要地存在于由能量存 儲設(shè)備的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和在能量存儲設(shè)備的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之間橫跨的空間容積的限制內(nèi)。在某些實(shí) 施例中，設(shè)備可W包括軸向地放置在至少一個(gè)所述非磁性可充電的、對置的導(dǎo)體板與所述 磁性幾何形狀之間的電介質(zhì)材料層。在某些實(shí)施例中，設(shè)備可W包括具有內(nèi)在增強(qiáng)磁場的 磁性幾何形狀，該內(nèi)在增強(qiáng)磁場由在磁性幾何形狀內(nèi)磁性材料層中的每層的可選擇的磁極 性形成，該磁性幾何形狀在磁性幾何形狀的每個(gè)中與磁性材料的其他可選擇層在可選擇磁 極性上是相反的。在某些實(shí)施例中，設(shè)備可W包括具有更寬的中間部分和更窄的端部分的 磁性幾何形狀。
[0098] 在某些實(shí)施例中，MEES設(shè)備可W包括至少兩個(gè)非磁性可充電的、對置的導(dǎo)體板，每 個(gè)連接到相反電極性的端子上，在對置的導(dǎo)體板之間存在?？谂渲玫拇旁鰪?qiáng)能量設(shè)備，包 括:至少兩層磁性材料，磁性材料的每個(gè)單獨(dú)的層具有選擇的磁極性的磁場，使得交替的磁 極性可W選擇地存在于磁性材料的層間;所述磁性材料的層可選擇地軸向放置W郵鄰非磁 性材料的層或者具有選擇性磁極性的磁性材料層郵鄰磁性材料的層;所述磁性材料的層圖 案化為各個(gè)離散的磁性幾何形狀，該離散的磁性幾何形狀由在平面上的填充空間彼此隔離 使得磁性幾何形狀中沒有磁性材料連接到在相同平面上的任何其他郵鄰磁性幾何形狀的 磁性材料;在平面上的所述填充空間填充有電介質(zhì)材料;具有至少一層磁性材料的所述各 個(gè)磁性幾何形狀電連接到至少一個(gè)非磁性的可充電的、對置的導(dǎo)體板;所述磁性幾何形狀 具有內(nèi)增強(qiáng)磁場，被完全地或普遍地包含在非磁性可充電的、對置的導(dǎo)體板的邊界內(nèi)，W及 磁場對存在于非磁性可充電的、對置的導(dǎo)體板內(nèi)和之間的材料造成影響，使得磁增強(qiáng)能量 存儲效應(yīng)由可測量的磁增強(qiáng)電介質(zhì)強(qiáng)度和電容生成、證實(shí)，該磁增強(qiáng)電介質(zhì)強(qiáng)度和電容達(dá) 到比具有相同尺寸的對置的導(dǎo)體板的可比較的非磁性增強(qiáng)能量存儲設(shè)備的幾何電容更大 數(shù)量級的電容。
[0099] 在某些實(shí)施例中，MEES設(shè)備可W包括在電路中放置的對置表面的至少兩個(gè)可充電 的、導(dǎo)體結(jié)構(gòu)W能夠建立具有所述導(dǎo)體結(jié)構(gòu)復(fù)合結(jié)構(gòu)中的至少一個(gè)的運(yùn)樣的可充電的、對 置表面的、導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的交替的電極性，所述導(dǎo)體結(jié)構(gòu)復(fù)合結(jié)構(gòu)由與磁性禪合的離散圖案化 的磁化的磁性材料元件對中的至少一個(gè)導(dǎo)電接觸的非磁性導(dǎo)電材料合成；W及離散磁化的 磁性材料元件的配置W便使得它們的磁性禪合提供包含它們的磁通部分，該磁通通過非磁 性材料W全部地或主要地存在于由能量存儲設(shè)備的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)W及在能量存儲設(shè)備的導(dǎo)體 結(jié)構(gòu)之間橫跨的空間容積的限制范圍內(nèi)。
[0100] 在某些實(shí)施例中，M趾S設(shè)備可W包括至少一百對(或多或少）電連接的磁性結(jié)構(gòu) 對，運(yùn)些電連接的磁性結(jié)構(gòu)對嵌入電介質(zhì)材料并且W圖案的方式配置在至少兩個(gè)非磁性板 之間W便增強(qiáng)和包含在非磁性板之間的磁通W影響電介質(zhì)W便實(shí)現(xiàn)電容上的增長比幾何 上電容增長要大;所述磁性結(jié)構(gòu)對的每對包括至少兩種不同磁性材料的疊層，W及由非磁 性傳導(dǎo)材料層或電介質(zhì)材料層在軸向維度上可選擇地分離;所述磁性結(jié)構(gòu)對在相反磁場條 件下由磁性材料的沉積形成W便在每對和每對磁性結(jié)構(gòu)之間提供反平行偶極子取向，該磁 性結(jié)構(gòu)對通過刻蝕或銳削或其他的方式成形為具有更寬的中間部分和更窄的末端部分的 匹配圖案;填充的填充電介質(zhì)材料在刻蝕或銳削或其他方式已經(jīng)去除磁性材料的空間內(nèi)； 所述磁性結(jié)構(gòu)對的磁性材料在平面上由所述填充電介質(zhì)同磁性結(jié)構(gòu)的所有其他對的磁性 材料中分離；W及每個(gè)所述對中的至少一個(gè)磁性結(jié)構(gòu)電連接到至少一個(gè)非磁性板上。
[0101] 在某些實(shí)施例中，M邸S設(shè)備可W包括至少兩個(gè)非磁性的可充電的、相反的在其間 存在電介質(zhì)的導(dǎo)體板;磁性材料的至少兩層，每層W可選擇的圖案在相反磁極性條件下被 沉積W及每層由非磁性材料軸向地分離;所述磁性材料層的可選擇的部分通過刻蝕、銳削 或其他的方式部分地去除，留下所述磁性材料層的剩余部分，該所述磁性材料層被圖案化 為具有更寬中間部分和更窄末端部分的磁性幾何形狀W及在平面上被填充空間彼此分離 W便磁性幾何形狀的沒有磁性材料連接到在平面上的其他磁性幾何形狀中的任意一個(gè)的 磁性材料;在平面上所述填充空間用電介質(zhì)材料填充;所述磁性幾何形狀由具有電連接到 至少一個(gè)非磁性可充電的、對置的導(dǎo)體板的至少一層的所述磁性材料層的剩余部分制成； W及所述磁性幾何形狀在至少兩面上與電介質(zhì)相接觸。
[0102] 在某些實(shí)施例中，MEES設(shè)備可W包括至少兩個(gè)非磁性可充電的、對置的導(dǎo)體板;至 少一百對離散但磁性禪合的磁性結(jié)構(gòu)，該離散但磁性禪合的磁性結(jié)構(gòu)配對嵌入電介質(zhì)材料 并且W圖案化的方式被配置成增強(qiáng)和包含在所述導(dǎo)體板之間的磁通W影響電介質(zhì)使得在 所述設(shè)備內(nèi)實(shí)現(xiàn)電容上的增加比幾何電容的增加大;所述離散但磁性禪合的磁性結(jié)構(gòu)配對 由非磁性材料層在軸向維度上分離;所述離散但磁性禪合的磁性結(jié)構(gòu)配對具有傳導(dǎo)地連接 到非磁性可充電、對置的導(dǎo)體板中的一個(gè)的離散磁性結(jié)構(gòu)的磁性禪合對中的至少一個(gè)；W 及所述離散磁性結(jié)構(gòu)配對形成自至少兩層磁性材料的沉積，每層在磁場的可選擇的極性條 件下，W便提供反平行偶極子取向和在所述離散但磁性禪合的磁性結(jié)構(gòu)配對之間禪合的磁 通。
[0103] 在某些實(shí)施例中，MEES方法可W包括可選擇的磁性材料的至少兩層沉積的方法W 產(chǎn)生在所述磁性材料層間的相反極性的磁場，使得當(dāng)磁性材料的所述層的剩余物通過銳削 或刻蝕或其他方式形成為至少一百對疊層的磁性結(jié)構(gòu)對W及連接到兩個(gè)非磁性可充電的、 對置的導(dǎo)體板中的至少一個(gè)的內(nèi)表面時(shí)，所述磁性結(jié)構(gòu)對具有在所述磁性結(jié)構(gòu)對的每層內(nèi) 的相反極性W及所述磁性結(jié)構(gòu)對的磁性材料不與任何其他所述磁性結(jié)構(gòu)對的磁性材料相 接觸;所述沉積方法由可選擇地施加可選擇極性的磁場組成使得所述磁性結(jié)構(gòu)對的層極性 與每個(gè)郵鄰層是相反的；所述磁性結(jié)構(gòu)對在平面上與所有其他磁性結(jié)構(gòu)對是分離的；所述 磁性結(jié)構(gòu)對中的每對具有更寬中間部分和更窄末端部分的匹配圖案；W及每個(gè)所述磁性結(jié) 構(gòu)對中的至少一個(gè)磁性結(jié)構(gòu)電連接到至少一個(gè)非磁性、可充電的對置的導(dǎo)體板中的至少一 個(gè)上。
[0104] 在某些實(shí)施例中，MEES設(shè)備可W包括第一非磁性導(dǎo)電電極;第二非磁性導(dǎo)電電極； 布置在第一電極和第二電極之間的電介質(zhì)層，該電介質(zhì)層在第一電極和第二電極間延伸； W及第一反平行的離散磁鐵和第二反平行的離散磁鐵分別傳導(dǎo)地附加到第一電極和第二 電極上，第一離散磁鐵和第二離散磁鐵整體地嵌入電介質(zhì)內(nèi)。
[0105] 在某些實(shí)施例中，MEES設(shè)備可W包括第一非磁性導(dǎo)電電極;第二非磁性導(dǎo)電電極； 布置在第一電極和第二電極之間的電介質(zhì)層，該電介質(zhì)層在第一電極和第二電極間延伸； W及第一反平行的離散磁鐵和第二反平行的離散磁鐵分別傳導(dǎo)地附接到第一電極和第二 電極上，第一離散磁鐵和第二離散磁鐵中的至少一個(gè)部分地嵌入各自的電極內(nèi)。
[0106] 在某些實(shí)施例中，M邸S設(shè)備可W包括單個(gè)的非磁性傳導(dǎo)電極;不連接到任何磁鐵 的傳導(dǎo)板;布置在非磁性傳導(dǎo)電極和傳導(dǎo)板之間的電介質(zhì)層，該電介質(zhì)層在非磁性傳導(dǎo)電 極和傳導(dǎo)板之間延伸；W及由間隔區(qū)分離的第一離散磁鐵和第二離散磁鐵，第一離散磁鐵 傳導(dǎo)地唯一地附接到非磁性傳導(dǎo)電極，第一離散磁鐵和第二離散磁鐵整體地或部分地嵌入 電介質(zhì)內(nèi)。
[0107] 在某些實(shí)施例中，M邸S設(shè)備可W包括非磁性傳導(dǎo)電極;不連接到任何磁鐵的傳導(dǎo) 板;布置在非磁性傳導(dǎo)電極和傳導(dǎo)板之間的電介質(zhì)層，該電介質(zhì)層在非磁性傳導(dǎo)電極和傳 導(dǎo)板之間延伸；W及由間隔區(qū)分離的第一離散磁鐵和第二離散磁鐵W及第一離散磁鐵和第 二離散磁鐵整體地或部分地嵌入非磁性傳導(dǎo)電極內(nèi)。
[0108] 在某些實(shí)施例中，M邸S設(shè)備可W包括單個(gè)的非磁性傳導(dǎo)電極;不連接到任何磁鐵 的傳導(dǎo)板;布置在非磁性傳導(dǎo)電極和傳導(dǎo)板之間的電介質(zhì)層，該電介質(zhì)層在非磁性傳導(dǎo)電 極和傳導(dǎo)板之間延伸；W及由間隔區(qū)分離的第一離散磁鐵和第二離散磁鐵，第一離散磁鐵 傳導(dǎo)地唯一地附接到非磁性導(dǎo)電電極，第一離散磁鐵嵌入非磁性傳導(dǎo)電極內(nèi)W及第二離散 磁鐵嵌入電介質(zhì)內(nèi)。
[0109] 在某些實(shí)施例中，MEES方法可W包括用于控制如在本文示出和描述的超巨磁電容 效應(yīng)的方法，用于在能量密度放大器中最大化電場和磁場效應(yīng)禪合的方法，和/或制造 MEES 設(shè)備的方法。
[0110] 在某些實(shí)施例中，MEES系統(tǒng)可包括包含設(shè)備陣列的系統(tǒng)。
[0111] 應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，本公開的上述實(shí)施例，特別是任意的"優(yōu)選的"實(shí)施例僅是實(shí)現(xiàn)的可 能的示例，僅僅是用于對本公開的原理的清楚理解進(jìn)行陳述?？蒞對本公開的上述實(shí)施方 式做出很多變化和修改而實(shí)質(zhì)上不偏離本公開的精神和原理。所有運(yùn)些修改和變型在本文 被認(rèn)為是包括在本公開的范圍內(nèi)并被下面的權(quán)利要求保護(hù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種系統(tǒng)，包括： 第一非磁性傳導(dǎo)電極； 第二非磁性傳導(dǎo)電極； 電介質(zhì)層，所述電介質(zhì)層被布置在所述第一電極和所述第二電極之間，所述電介質(zhì)層 在所述第一電極和所述第二電極之間延伸；以及 第一層和第二層，所述第一層和所述第二層包括多對離散磁鐵的磁性耦合配對，所述 第一層和所述第二層由非磁性材料分離，其中至少所述第一層的所述磁鐵傳導(dǎo)地連接到所 述第一非磁性傳導(dǎo)電極。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一層和所述第二層完全地嵌入所述電介質(zhì) 層。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一層或者所述第二層分別完全地嵌入所述 第一非磁性傳導(dǎo)電極或所述第二非磁性傳導(dǎo)電極，而另一個(gè)層完全地嵌入所述電介質(zhì)層。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一層或所述第二層分別完全地嵌入所述第 一非磁性傳導(dǎo)電極或所述第二非磁性傳導(dǎo)電極，而另一個(gè)層完全地嵌入另一個(gè)非磁性傳導(dǎo) 電極。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一層或所述第二層分別完全地嵌入所述第 一非磁性傳導(dǎo)電極或第二非磁性傳導(dǎo)電極，而另一個(gè)層完全地嵌入所述電介質(zhì)層和另一個(gè) 非磁性傳導(dǎo)電極兩者。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一層完全地嵌入所述電介質(zhì)層和所述第一 非磁性傳導(dǎo)電極兩者而所述第二層完全地嵌入所述電介質(zhì)層和所述第二非磁性傳導(dǎo)電極 兩者。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第二層的磁鐵還傳導(dǎo)地連接到所述第一非磁 性傳導(dǎo)電極，其中所述第一層和所述第二層的磁鐵與所述第二非磁性傳導(dǎo)電極電解耦。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中針對多對中的每對，在所述第一層中的配對的一個(gè) 磁鐵提供了相對在所述第二層中的配對的另外的磁鐵的反平行偶極子取向。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中分離所述第一層和所述第二層的所述非磁性材料 包括電介質(zhì)材料或傳導(dǎo)材料中的一個(gè)。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中分離所述第一層和所述第二層的所述非磁性材料 包括反鐵磁性的材料。11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述磁鐵中的一個(gè)或多個(gè)包括具有較寬的中間部 分和較窄的端部分的幾何形狀。12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所有的磁鐵全都包括相同的、一致的配置，其中所 述配置包括幾何結(jié)構(gòu)、組分或尺寸中的一個(gè)或組合。13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中第一層的所述磁鐵或所述離散磁鐵的配對具有與 第二層的所述磁鐵或所述離散磁鐵的配對的配置不同的配置，其中所述配置包括幾何結(jié) 構(gòu)、組分或尺寸中的一個(gè)或組合。14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述離散磁鐵的至少第一對中的所述磁鐵包括鐵 磁材料、反鐵磁材料或鐵磁材料和反鐵磁材料兩者的組合。15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中磁通場完全地或主要地存在于由所述第一非磁性 傳導(dǎo)電極和所述第二非磁性傳導(dǎo)電極跨越以及在所述第一非磁性傳導(dǎo)電極和第二非磁性 傳導(dǎo)電極之間的空間體積間。16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括第三層和第四層，所述第三層和所述第四層包 括多對離散磁鐵的磁性耦合配對，所述第三層和所述第四層由非磁性材料分離，所述第三 層和所述第四層的全部或部分布置在所述第二非磁性傳導(dǎo)電極和所述第一非磁性傳導(dǎo)電 極之間。17. -種方法，包括： 為多層偶極子配對的磁性材料提供各向異性； 將所述磁性材料圖案化為一種或多種幾何形狀； 在所述多層之間布置電介質(zhì)層；以及 布置非磁性的相反極性的導(dǎo)電電極，其中所述磁性材料布置在所述非磁性傳導(dǎo)電極之 間或在所述非磁性傳導(dǎo)電極內(nèi)。18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中提供各向異性包括在磁場影響下的同時(shí)沉積所 述磁性材料，其中第一層在所述磁場的一個(gè)方向的影響下被沉積而第二層在所述磁場的相 反方向的影響下被沉積。19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中提供各向異性包括在磁場的影響下使所述磁性 材料經(jīng)受制造后退火或者在第一對在磁性退火期間被促使達(dá)到共同的磁性一致之后使該 對中的磁鐵經(jīng)受足夠的磁場強(qiáng)度以矯磁該對中的另一個(gè)磁鐵。20. -種系統(tǒng)，包括： 對置表面的至少兩個(gè)可充電的、導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)體結(jié)構(gòu)由電介質(zhì)層分離以及所述導(dǎo) 體結(jié)構(gòu)配置為具有相反的電極性，所述對置表面導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有是復(fù)合結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)所述 對置表面導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述復(fù)合結(jié)構(gòu)包括包含與一對磁耦合的、離散的磁化磁性材料元件中 的至少一個(gè)元件導(dǎo)電地接觸的非磁性傳導(dǎo)材料的組成材料;以及 所述離散的磁化的磁性材料元件的配置，所述離散的磁化的磁性材料元件的配置包含 由所述導(dǎo)體結(jié)構(gòu)以及所述離散的磁化磁性材料元件形成的磁通路的磁通的、穿過所述系統(tǒng) 的所述電介質(zhì)和所述非磁性傳導(dǎo)材料的部分，所述磁通的所述部分完全地或主要地存在于 由所述系統(tǒng)的所述對置的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)跨越和在所述系統(tǒng)的所述對置的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之間的空間 體積的限制內(nèi)。21. -種系統(tǒng)，包括： 至少兩個(gè)非磁性的可充電的、對置的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，每個(gè)能夠連接到端子以能夠提供相反 的電極性，在所述對置的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之間或內(nèi)存在至少兩層的磁性材料，磁性材料的每個(gè)單 獨(dú)的層具有選擇性的磁偶極子取向的磁場取向，使得交替的磁場極性能夠選擇性地存在于 磁性材料的層間， 所述磁性材料的層，其被圖案化為各個(gè)離散的磁性幾何形狀，所述各個(gè)離散的磁性幾 何形狀在平面上通過非磁性填充材料彼此進(jìn)行分離，使得所述磁性幾何形狀的所述磁性材 料不連接到在平面上的任何其他毗鄰的磁性幾何形狀， 各個(gè)磁性幾何形狀的所述層中的至少一層，其具有電連接到可充電的、對置的導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)中的一個(gè)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)， 電介質(zhì)層，所述電介質(zhì)層插入在所述可充電的、對置的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之間， 具有固有的磁通路的所述磁化的磁性幾何形狀，所述固有的磁通路完全地或主要地包 含在所述對置的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之間的由所述對置的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成的空間體積內(nèi)。
【文檔編號】H01G4/22GK105981116SQ201480065394
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2014年10月1日
【發(fā)明人】丹尼爾·A·加比格, 馬修·B·捷雷
【申請人】埃1023公司