Wi-Fiの電波で発電

2021年 5 月 14 日の東北大学のプレスリリースに、「Wi-Fi の電波で発電するスピントロニクス技術を開発」という研究成果が載っていた。

以下にプレスリリース（2021）の一部を引用させてもらった。

その後の研究の進展が気になっていたが、2024 年 8 月 5 日に続報がリリースされた。
その成果を以下に紹介したい。

技術を開発したのは、東北大学電気通信研究所の深見俊輔教授と先端スピントロニクス研究開発センターの大野英男教授である。2人は、シンガポール国立大学のヤン・ヒョンス（Hyunsoo Yang）教授らと共同で、「スピントロニクス」の原理に基づくナノスケールの「スピン整流器」を開発、-27dBmの微弱な電波から高効率で電力を生み出す実験に成功し、市販の温度センサーを駆動することに成功した。注）dBm （デシベルミリワット）：電波や光ファイバ通信で使われる単位。Wi-Fiの電波強度が-30 dBmある場合は、電波状況がとても良い状態である。一般家庭でWi-Fiを利用する際は、-65～-75dBm以上が電波強度の目安である。

今回の成果は、前回と比べて素子の特性や配線方法、および電圧による磁気異方性の変化を介した自己パラメトリック励起などを利用することで、より微弱な電波で効率的に DC 電圧が生成されるように工夫がなされている。これにより約 3 桁小さな強度の電波から電子機器の駆動に必要な電力を取り出すことに成功した。家庭内Wi-Fiの場合なら強い電波状態での実験結果ということになる。
    本技術の具体的な活用法としては、2010年代から普及が進む、モノを直接インターネットに繋ぐという考え方を利用したIoT機器を、ワイヤレス・バッテリーフリー化することなどが期待される。
    注）「IoT（Internet of Things）」とは「モノのインターネット」を意味し、家電製品・車・建物など、さまざまな「モノ」をインターネットと繋ぐ技術。

スピントロニクスとは
東北本学にはスピントロニクス技術の蓄積がある。スピントロニクスとは、過去別々に利用されてきた電子が持つ電気的な性質（エレクトロニクス）と磁気的な性質（スピン）を併せて利用しようとする工学的分野のこと。

磁気トンネル接合とは

磁気トンネル接合は、スピントロニクスの機能性を利用した素子の代表例である。2 層の磁性層が薄い絶縁層をサンドイッチした構造を有する。磁性層の片側（固定層）の磁化方向を固定し、もう一方（自由層）の磁化が磁界の方向に応じて変化するように設計すれば磁界センサーになる。また自由層の磁化方向が 0 度と 180 度の２方向で安定するように設計してそれにデジタル情報の０と１を割り当てればメモリー素子になる。今回の実験では自由層の磁化は電磁波（電界と磁界の波）や印加する電流によって運動するように設計されており、これにより発振や整流が起こる。

参考資料
プレスリリース

１  2021年 5 月 14 日　「Wi-Fi の電波で発電するスピントロニクス技術を開発」

２  2024 年 8 月 5 日 「微弱な無線通信用電波からの環境発電をスピントロニクスで実現」

【論文情報】

第１報  Title: “Electrically connected spin-torque oscillators for 2.4 GHz WiFi band transmission

and energy harvesting”

(WiFi 2.4 GHz 帯での伝送および環境発電向け電気接続スピントルク振動子)

Authors: Raghav Sharma, Rahul Mishra, Tung Ngo, Yong-Xin Guo, Shunsuke Fukami,

Hideo Sato, Hideo Ohno, and Hyunsoo Yang

Journal: Nature Communications

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-021-23181-1

第２報  タイトル：“Nanoscale spin rectifiers for harvesting ambient radiofrequency

energy” （無線通信信号を用いた環境発電のためのナノスケールスピン整流器）

著者： Raghav Sharma, Tung Ngo, Eleonora Raimondo, Anna Giordano, Junta

Igarashi, Butsurin Jinnai, Shishun Zhao, Jiayu Lei, Yong-Xin Guo, Giovanni

Finocchio, Shunsuke Fukami, Hideo Ohno & Hyunsoo Yang

掲載誌：Nature Electronics

DOI：10.1038/s41928-024-01212-1

URL: https://doi.org/10.1038/s41928-024-01212-1

(2025.4.20)