Заключение диссертационного совета (Резонансные магнитоэлектрические эффекты в структурах ферромагнетик-пьезоэлектрик и металл-пьезоэлектрик и датчики магнитных полей на их основе)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОГО СОВЕТА Д 212.131.02 НА БАЗЕ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» МИРЭА МИНОБРНАУКИ РОССИИ ПО ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА НАУК

аттестационное дело № __________________

решение диссертационного совета от 20.12.2016 № 69

О присуждении Чашину Дмитрию Владимировичу ученой степени кандидата технических наук.

Диссертация "Резонансные магнитоэлектрические эффекты в структурах ферромагнетик-пьезоэлектрик и металл-пьезоэлектрик и датчики магнитных полей на их основе" в виде рукописи по специальности 05.27.01 — Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах выполнена в МИРЭА, принята к защите 11.10.2016, протокол № 65 диссертационным советом Д 212.131.02 на базе федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский технологический университет» МИРЭА, Минобрнауки РФ, Москва, 119454, проспект Вернадского, 78. Состав диссертационного совета утвержден в количестве 29 человек 11.04.2012(№105/нк) с учетом внесенных изменений (приказ от 22.08.2012 №579/нк и приказ от 10.07.2015 № 770/нк).

Соискатель Чашин Дмитрий Владимирович, 1948 года рождения, гражданин Российской Федерации, ведущий инженер Научно-образовательного центра (НОЦ) «Магнитоэлектрические материалы и устройства» ФГБОУ ВО «Московский технологический университет» (МИРЭА). В 1974 году соискатель окончил МИРЭА. Диссертация выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Московский технологический университет» (МИРЭА)

Научный руководитель – Фетисов Юрий Константинович, доктор физико-математических наук, профессор, директор НОЦ «Магнитоэлектрические материалы и устройства» ФГБОУ ВО «Московский технологический университет» (МИРЭА) Официальные оппоненты:

1. Ползикова Наталья Ивановна, гражданка РФ, доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник, заведующая лабораторией ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН.

2.Филлипов Дмитрий Александрович, гражданин РФ, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой «Технология машиностроения» Новгородского государственного университета имени Ярослава Мудрого.

Официальные оппоненты дали положительные отзыва на диссертацию.

Ведущая организация – федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южный федеральный университет» в своем положительном заключении, подписанным Земляковым Виктором Леонидовичем, доцентом, доктором технических наук, заведующим кафедрой информационных и измерительных технологий указала, что диссертация представляет собой законченное научное исследование, посвященное актуальной тематике, содержащее целый ряд новых с научной точки зрения и важных для практики результатов, и ее автор заслуживает присуждения ученой степени кандидата технических наук.

В обсуждении диссертационной работы приняли участие: профессора д.т.н. Воротилов К.А. и д.ф.-м.н. Мишина Е.Д.

Соискатель имеет 40 опубликованных работ, из них по теме диссертации опубликовано 22 научных работы, в том числе 11 статей в научных журналах и изданиях, которые включены в перечень российских рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертаций, 7 тезисов докладов на международных конференциях и 4патента на полезные модели.

Наиболее значимые научные работы по теме диссертации:

1 Chashin D.V., Fetisov Y.K., Kamentsev K.E., Srinivasan G. Resonance magnetoelectric interactions due to bending modes in a nickel-lead zirconate titanate bilayer //Appl. Phys. Lett. 2008. V. 92. Paper 102511.

2. Fetisov Y.K., Chashin D.V., Srinivasan G. Piezoinductive effect in a piezoelectric ring with metal electrodes // J. Appl. Phys. 2009. V. 106. Paper 044103.

3. Fetisov Y.K., Chashin D.V., Segalla A.G., Srinivasan G. Resonance magnetoelectric effects in a piezoelectric bimorph // J. Appl. Phys. 2011. V. 110. Paper 066101.

4. Крыканов Л.М. Коплик А.Б., Фетисов Ю.К., Чашин Д.В. Датчик постоянного магнитного поля на основе пьезоэлектрического кольца // Письма в ЖТФ. 2009. Т. 35. Вып. 9. С. 838-840.

5. Бурдин Д.А., Савченко Е.М., Фетисов Ю.К., Чашин Д.В., Экономов Н.А. Пьезоэлектрический резонансный датчик магнитного поля с планарной возбуждающей катушкой // Нано- и микросистемная техника, 2013. № 3. С. 37-40.

На автореферат поступило 5 отзыва.

1. От Калиникоса Б.А., доктора физико-математических наук, профессора, заведующего кафедрой электроники и технологии Санкт-Петербургского государственного университета «ЛЭТИ» - отзыв положительный.

2. От Шумилова В.Н., кандидата технических наук, генерального директора ООО ПФ «РадЭлА», ведущего научного сотрудника НПЛ № 22 МТУСИ - отзыв положительный.

3. От Попкова А.Ф., доктора физико-математических наук, профессора кафедры квантовой физики и наноэлектроники ФГАОУ ВО «НИУ «МИЭТ» - отзыв положительный. В качестве замечания указано на отсутствие информации о магниторезистивных датчиках, с которыми идет сравнение магнитной чувствительности пьезоэлектрических комбинированных структур на стр. 16. В частности, датчики анизотропном и туннельном магниторезистивном эффекте существе различаются по чувствительности.

4. От Сиротинкина В.П., кандидата технических наук, профессора кафедры физики и нанотехнологий ФГБОУ ВПО «Курский государственный университет» — отзыв положительный. Имеется замечание: Для обозначения толщин иногда (например стр. 14) используется сокращение μ, а иногда (например, стр. 8), правильное сокращение мкм.

5. От Сидоркина А.С., доктора физико-математических наук, профессора Воронежского государственного университета – отзыв положительный.

Диссертационный совет отмечает, что в результате выполненных соискателем исследований:

1. Обнаружен и исследован МЭ эффект в двухслойных дисковых резонаторах никель - цирконат-титанат свинца, изготовленных методом электролитического осаждения никеля и методом склеивания, обусловленный магнитострикцией ферромагнитного слоя. Эффект наблюдается на частотах как изгибных, так и радиальных акустических колебаний. Частота изгибных колебаний определяется значениями эффективной плотности и эффективного модуля Юнга слоев, ее можно изменять в широких пределах, подбирая толщины слоев. Магнитоэлектрический коэффициент для дисковых резонаторов достигает ~1 В/(см∙Э).

2. Обнаружен и исследован резонансный пьезоиндукционный эффект (взаимное преобразование переменных магнитных и электрических полей) в радиально-поляризованном кольце из пьезоэлектрика с металлическими электродами, помещенном в аксиальные постоянное и переменное магнитные поля. Эффект возникает благодаря комбинации пьезоэффекта, силы Ампера и электромагнитной индукции на частоте акустического резонанса структуры. Величина эффекта линейно зависит от амплитуд переменных полей и напряженности постоянного магнитного поля.

3. Показано, что биморфная пьезоэлектрическая структура в виде закрепленной на одном конце балки, помещенная в постоянное магнитное поле, при пропускании через средний электрод или намотанную на структуру катушку переменного тока с частотой, равной частоте изгибных колебаний биморфа, генерирует переменное напряжение. Амплитуда напряжения пропорциональна акустической добротности структуры, амплитуде тока и напряженности магнитного поля.

5. Продемонстрировано, что резонансные магнитоэлектрические эффекты в кольцевых пьезоэлектрических резонаторах и биморфных пьезоэлектрических балках, обусловленные комбинацией силы Ампера и пьезоэффекта, могут быть использованы для создания датчиков постоянных и медленно-изменяющихся магнитных полей с чувствительностью до 26 В/(А∙кЭ), работающих в диапазоне полей от единиц милли-эрстед до десятков кило-эрстед. Изготовлены и исследованы макеты датчиков магнитных полей.

Теоретическая значимость исследований состоит в построенной в работе теории пьезомагнитоиндукционных эффектов в композитных структурах металл-пьезоэлектрик и полученных формулах для оценки характеристик магнитоэлектрического эффекта в планарных биморфных структурах.

Практическая значимость проведенных соискателем исследований подтверждается тем, что:

- В работе разработана технология изготовления монолитных композитных структур ферромагнетик-пьезоэлектрик методом электролитического осаждения никеля, которая открывает новые возможности создания монолитных композитных структур различной геометрии, обладающих высокой акустической добротностью и большими магнитоэлектрическими коэффициентами;

- В работе обнаружены и исследованы прямой и обратный пьезоиндукционные эффекты в пьезоэлектрических кольцах, которые, как доказано экспериментально, могут быть использованы для создания датчиков магнитных полей и модуляторов магнитных полей нового типа;

- В работе предложены, изготовлены и исследованы новые пьезоэлектрические датчики постоянных магнитных полей, использующих комбинацию пьезоэффекта и силы Ампера. Созданные датчики в перспективе могут составить конкуренцию широко применяемым в настоящее время датчикам на основе эффекта Холла, эффекта магнетосопротивления и феррозондовым датчикам. Конструкции предложенных датчиков защищены патентами.

- Созданная при непосредственном участии диссертанта автоматизированная установка для проведения температурных исследований успешно используется в НИИ "Пьезоприбор" при Южном федеральном университете, о чем имеется акт внедрения.

Другие научные достижения, свидетельствующие о научной новизне и значимости полученных результатов: обнаруженный и исследованный соискателем обратный пьезомагнитоиндукционный эффект в пьезоэлектрических кольцах может послужить основой для создания нового типа модуляторов магнитных полей, управляемых напряжением, а не током, как традиционные катушки.

Оценка достоверности результатов исследований выявила, что:

- при проведении экспериментальных исследований соискатель использовал проверенные методы и подходы, современное технологическое и измерительное оборудование;

- использованные в работе модели и методы расчетов не противоречат известным физическим законам;

- полученные результаты характеризуются хорошей воспроизводимостью, соответствуют известным литературным данным, подтверждается более поздними публикациями других независимых исследователей;

- результаты диссертационной работы прошли апробацию на международных и российских научных конференциях.

Все вышеперечисленное в совокупности свидетельствует о достоверности полученные результатов и сделанных на их основе выводов.

Автором лично была разработана технология изготовления композитных структур металл-пьезоэлектрик методом электролитического осаждения никеля, изготовлены планарные и кольцевые структуры никель - цирконат-титанат свинца, использованные в работе; проведены измерения частотных, полевых и амплитудных характеристик магнитоэлектрического эффекта в таких структурах; выполнены численные оценки и расчеты резонансных частот и эффективностей магнитоэлектрического взаимодействия в композитных структурах, изготовлены макеты датчиков магнитных полей и исследованы их характеристики. Автор участвовал в создании автоматизированной установки для измерения магнитострикции ферромагнитных образцов и установки для проведения температурных исследований. Измерения температурных характеристик магнитоэлектрических эффектов выполнены соискателем совместно с сотрудниками НОЦ "Магнитоэлектрические материалы и устройства". Автор участвовал в постановке задач и подготовке публикаций, лично докладывал полученные результаты на российских и международных конференциях.

На заседании 20.12.2016 диссертационный совет принял решение присудить Чашину Дмитрию Владимировичу ученую степень кандидата технических наук.

При проведении тайного голосования диссертационный совет в количестве 20 человек, из них 4 доктора наук по специальности диссертации, участвовавших в заседании, из 29 человек, входящих в состав совета,
проголосовали: за присуждение учёной степени - 20, против присуждения учёной степени - 0, недействительных бюллетеней нет.

Председатель

диссертационного совета А.С. Сигов

Ученый секретарь

диссертационного совета А.Н. Юрасов

20.12.2016